空気調和システム
【課題】外気温度が極低温の状況下でもヒートポンプ式冷房装置を駆動でき、暖房を行うことができる空気調和システムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプ式冷房装置Ａと、暖房用循環装置Ｂとを備え、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１循環経路１には、記膨張弁５とエバポレータ７との間に配置され、膨張弁５より第１循環経路１を通して供給された冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒を第１循環経路１よりエバポレータ７に導く気液分離器６と、気液分離器６で分離されたガス冷媒をエバポレータ７をパイパスさせて第１循環経路１に戻すガス冷媒用バイパス通路９と、気液分離器６で分離された液冷媒をエバポレータ７に供給しないように阻止できる切替弁８とを備え、暖気モードでは、ガス冷媒のみを冷凍サイクル内を循環させる。
【解決手段】ヒートポンプ式冷房装置Ａと、暖房用循環装置Ｂとを備え、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１循環経路１には、記膨張弁５とエバポレータ７との間に配置され、膨張弁５より第１循環経路１を通して供給された冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒を第１循環経路１よりエバポレータ７に導く気液分離器６と、気液分離器６で分離されたガス冷媒をエバポレータ７をパイパスさせて第１循環経路１に戻すガス冷媒用バイパス通路９と、気液分離器６で分離された液冷媒をエバポレータ７に供給しないように阻止できる切替弁８とを備え、暖気モードでは、ガス冷媒のみを冷凍サイクル内を循環させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房を行うことができる空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の空気調和システムとしては、特許文献１に開示されたものがある。この空気調和システムは、図９に示すように、第１の冷媒が循環する第１循環流路１０１を有するヒートポンプ式冷房装置１００と、第２の冷媒が循環する第２循環流路１２１を有する暖房用循環装置１２０とを備えている。
【０００３】
ヒートポンプ式冷房装置１００の第１循環流路１０１中には、コンプレッサ１０２と内部熱交換部１０３の放熱部と室内用熱交換器１０４と膨脹弁１０５とエバポレータ（室外用熱交換器）１０６と気液分離器１０７とが設けられている。室内用熱交換器１０４は、空調ダクト１１０内に配置されている。暖房用循環装置１２０の第２循環流路１２１には、第２の冷媒を循環させるポンプ１２２と内部熱交換部１０３の受熱部とヒータコア１２３が設けられている。
【０００４】
暖房モードにあっては、ヒートポンプ式冷房装置１００のコンプレッサ１０２と暖房用循環装置１２０のポンプ１２２が共に駆動される。そして、第１の冷媒の熱が室内用熱交換器１０４で放熱され、この熱が暖房に供される。又、第１の冷媒の熱が内部熱交換部１０３で第２の冷媒に放熱される。これにより加熱された第２の冷媒がヒータコア１２３で放熱され、この熱が暖房に供される。
【０００５】
このようにヒートポンプ式冷房装置１００を用いた空気調和システムでは、暖房モードにあってもヒートポンプ式冷房装置１００が駆動され、エバポレータ１０６では第１の冷媒が通過空気より吸熱する必要がある。
【特許文献１】特開２００２−９８４３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エバポレータ１０６が適切な熱交換を行うには、第１の冷媒温度とエバポレータ１０６を通過する通過空気温度との間にある程度の温度差が必要であるが、前記従来例では、極低温の状況下では所望の温度差を得ることができない場合がある。
【０００７】
つまり、第１の冷媒がＲ１３４の場合には、図１０に示すように、マイナス２６．２℃における冷媒の蒸発圧力は１．０１気圧でほぼ大気圧であり、マイナス２０度における冷媒の蒸発圧力は１．３３気圧であり、０．３２気圧の減圧で第１循環流路１０１内が大気圧以下となる。そして、エバポレータ１０６とコンプレッサ１０２との間には気液分離器１０７が配置されているため、気液分離器１０７の通路抵抗が０．３２気圧程度であればエバポレータ１０６が熱交換できず、暖房を行うことができない。
【０００８】
そこで、本発明は、外気温度が極低温の状況下でもヒートポンプ式冷房装置を駆動でき、暖房を行うことができる空気調和システム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】
【０００９】
上記目的を達成する請求項１の発明は、第１の冷媒が循環する第１循環経路を有するヒートポンプ式冷房装置と、第２の冷媒が循環する第２循環経路を有する暖房用循環装置とを備え、ヒートポンプ式冷房装置の第１循環経路には、第１の冷媒を圧縮するコンプレッサと、第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒の熱を放熱させるコンデンサと、第１の冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段で膨張された第１の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を冷却するエバポレータとが設けられ、暖房用循環装置は、コンデンサからの放熱を用いて暖房を行う空気調和システムであって、膨張手段とエバポレータとの間に配置され、膨張手段より第１循環経路を通して供給された冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒を第１循環経路よりエバポレータに導く気液分離器と、気液分離器で分離されたガス冷媒をエバポレータをパイパスさせて第１循環経路に戻すガス冷媒用バイパス通路と、気液分離器で分離された液冷媒をエバポレータに供給しないように阻止できる液冷媒流通阻止手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の空気調和システムであって、暖房用循環装置の第２循環経路には、第２の冷媒を循環させるポンプと、コンデンサを第２循環経路内に配置する機器収容室と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコアと、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１記載の空気調和システムであって、ガス冷媒用バイパス通路には、オリフィスが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和システムであって、液冷媒流通阻止手段は、ガス冷媒用バイパス通路が第１循環流路に連通し、且つ、エバポレータに冷媒が流れないように第１循環経路を閉塞する第１切替位置と、エバポレータに冷媒が流れるように第１循環経路を開口する第２切替位置に切り替えできる切替弁であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４記載の空気調和システムであって、切替弁は、第１切替位置でガス冷媒が通過する第１オリフィスと、第２切替位置でガス冷媒が通過する第２オリフィスをそれぞれ有し、第１オリフィスの通路抵抗を暖気モードに適するものに、第２オリフィスの通路抵抗を暖房モード／冷房モードに適するものに設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気調和システムであって、ガス冷媒用バイパス通路は、気液分離器内の冷媒貯留室の液冷媒が通常溜まる位置を通り、その位置でオイルブリードを介して冷媒貯留室に開口されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気調和システムであって、エバポレータへの液冷媒の流通を阻止する暖気モードと、エバポレータへの液冷媒の流通を許容する暖房モードとの切り替えは、コンプレッサの入口側の冷媒圧力とエバポレータの吸気温度の少なくとも一方に基づいて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、液冷媒流通阻止手段によって液冷媒をエバポレータに流さずに、ガス冷媒のみをガス冷媒用バイパス通路を用いて循環させれば（暖気モード）、エバポレータでは熱交換しないが、コンプレッサの仕事分だけの熱量を暖房として用いることができる。従って、外気温度が極低温の状況下でも暖房できる。
【００１７】
また、気液分離器からの液冷媒をエバポレータに流し、液冷媒を循環させれば（暖房モード）、エバポレータで熱交換するが、気液分離器がエバポレータとコンプレッサとの間に配置された従来例の空気調和システムに比べて、エバポレータの出口側の冷媒蒸発圧力を、気液分離器の通路抵抗分とエバポレータの通路抵抗の軽減分だけ低下させることができるため、極低温の状況下でも第１の冷媒温度とエバポレータを通過する空気温度との間の温度差を従来例よりも大きく取ることができ、効率の良い熱交換が可能であり、暖房モードの暖房性能が向上する。
【００１８】
暖房モードにあって、エバポレータで吸熱にあまり寄与しないガス冷媒をエバポレータに対しバイパスさせれば、エバポレータの熱交換効率が向上し、この点からも暖房モードの暖房性能が向上する。
【００１９】
請求項２の発明によれば、暖房モードではヒータコアで放熱し、冷房モードでは放熱器で放熱することによって暖房と冷房を行うことができる。そして、コンデンサは水冷式であるため、空冷式に比べて熱伝達効率が高いためにコンパクト化でき、第１の冷媒の通路抵抗を減少させることができる。よって、通路抵抗が減少した分だけコンプレッサの所要動力が小さくなり、コンプレッサの駆動力を省力化できるとともにコンプレッサを小型化することができる。又、第２循環経路の冷媒が液体で相変化せずに顕熱変化するものであるため、熱伝達効率が良くより小型化が図れる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、ガス冷媒バイパス通路より仮に液冷媒が流れても再度ガス化することができ、液冷媒がコンプレッサに戻ることを防止できる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、切替弁の切替制御によって暖気モードと暖房モード／冷房モードとを切り替えできるため、切り替えが容易である。
【００２２】
請求項５の発明によれば、暖気モードではガス冷媒が第１オリフィスを通り、暖房モード／冷房モードではガス冷媒が第２オリフィスを通るように切替弁が切り替え制御されるが、暖気モードと暖房モード／冷房モードとではガス冷媒の流通量が異なるが、各モードに応じた適切な流通抵抗とすることができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、ガス冷媒用バイパス通路からはガス冷媒と共にオイルも一緒に循環し、暖気モードでもオイルがコンプレッサに戻されるため、コンプレッサの信頼性を確保できる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、エバポレータが適切な熱交換を行うことができるか否かは、エバポレータの吸気温度によって決定されるため、エバポレータの吸気温度に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。
【００２５】
又、コンプレッサの入口側の冷媒圧力が大気圧以下になるか否かは、コンプレッサの入口側の冷媒圧力によって決定されるため、コンプレッサの入口側の冷媒圧力に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（一実施形態）
図１〜図８は本発明の空気調和システムを車両用空気調和システムに適用した実施形態を示し、図１は車両用空気調和システムの構成図、図２は気液分離器の構成図、図３（ａ）は暖気モードの切替位置を示す切替弁の構成図、図３（ｂ）は暖房モード／冷房モードの切替位置を示す切替弁の構成図、図４は空調ダクト内の要部構成図、図５は制御系の概略回路ブロック図、図６は車両用空気調和システムの暖気モードの冷媒流れを示す構成図、図７は車両用空気調和システムの暖房モードの冷媒流れを示す構成図、図８はＰ−ｈ線図上に本実施形態に係るヒートポンプ式冷房装置（冷凍サイクル）の状態を示した図である。
【００２８】
図１に示すように、車両用空気調和システムは、ヒートポンプ式冷房装置Ａと暖房用循環装置Ｂとを組み合わせたものである。
【００２９】
ヒートポンプ式冷房装置Ａは、第１の冷媒としてのＲ１３４が封入された第１循環経路１を有し、この第１循環経路１には、コンプレッサ２，コンデンサである水冷コンデンサ３、内部熱交換器４，膨張手段である膨張弁５、気液分離器６、エバポレータ７、液冷媒流通阻止手段である切替弁８がこの順で配置されている。
【００３０】
コンプレッサ２は、吸入した比較的低温低圧の第１の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出する。
【００３１】
水冷コンデンサ３は、下記する第２循環経路１０中の機器収容室１３内に配置されており、コンプレッサ２から圧送された第１の冷媒が第２の冷媒によって冷却される。すなわち、水冷コンデンサ３において第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換が行われ、第２の冷媒は第１の冷媒によって加熱される。
【００３２】
内部熱交換器４は、水冷コンデンサ３から送出された第１の冷媒とエバポレータ７から送出されたより冷温の第１の冷媒との間で熱交換させ、水冷コンデンサ３から送出された第１の冷媒はさらに冷却される。
【００３３】
膨張弁５は、内部熱交換器４を通過した第１の冷媒を膨張（減圧）させて低温低圧のガスとして気液分離器６へと送出する。
【００３４】
気液分離器６は、膨張弁５から送出された第１の冷媒を気液分離すると共に液相状態の第１の冷媒を一時的に貯留する。気液分離器６の詳しい構成は、下記する。
【００３５】
エバポレータ７は、気液分離器６から送出された第１の液冷媒とエバポレータ７を通過する空気とを熱交換させ、エバポレータ７を通過する空気は第１の冷媒によって冷却される。エバポレータ７は、下記するように空調ダクト３０内に配置されている。
【００３６】
切替弁８は、第１の冷媒をエバポレータ７に流すか否かを切り替える。切替弁８の詳しい構成は、下記する。
【００３７】
第１循環経路１には、気液分離器６と切替弁８との間を連通するガス冷媒用バイパス通路９が設けられている。
【００３８】
暖房用循環装置Ｂは、第２の冷媒としての水や不凍液などの液体が封入された第２循環経路１０を有し、この第２循環経路１０中に、ポンプ１１、放熱器１２、機器収容室１３及びヒータコア１４がこの順で配置されている。機器収容室１３は、第２循環経路１０よりも大きな断面積を有するスペースであり、この内部に上記した水冷コンデンサ３と共にヒータである電気ヒータ１５が収納されている。
【００３９】
ポンプ１１は、第２の冷媒を第２循環経路１０内に循環させるため、吸入した第２の冷媒を圧送する。ポンプ１１で圧送された液体の冷媒は、相変化することなく液相のまま第２循環経路１０内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００４０】
放熱器１２は、第２の冷媒の熱を外気に放熱させるものであり、電動ファンや走行風によって外気が吹き付けられ、第２の冷媒と外気との間で熱交換が行われる。
【００４１】
電気ヒータ１５は、水冷コンデンサ３の下流側に設けられ、通電することで発熱して第２の冷媒を加熱する。
【００４２】
ヒータコア１４は、第２の冷媒とヒータコア１４を通過する空気とを熱交換させることで、ヒータコア１４を通過する空気を加熱する。ヒータコア１４は、下記するように空調ダクト３０内に配置されている。
【００４３】
第２循環経路１０には、放熱器１２をバイパスする放熱器バイパス流路１６が設けられ、放熱器バイパス流路１６の上流側に設けられた流路切替弁１７を切り換えることで、第２の冷媒の流れを放熱器１２側と放熱器バイパス流路１６側のいずれかに切り換えることができる。
【００４４】
気液分離器６は、図２に示すように、内部に密閉された冷媒貯留室６ａを有する。冷媒貯留室６ａの上部には、膨張弁５からの第１循環経路１の一部を構成する冷媒導入用通路１ａが開口されている。冷媒貯留室６ａの下部には、エバポレータ７に接続される第１循環経路１の一部を構成する冷媒導出用通路１ｂが開口されている。冷媒導出用通路１ｂより液冷媒がエバポレータ７に送出される。冷媒貯留室６ａの上部には、ガス冷媒用バイパス通路９が開口されている。ガス冷媒は、ガス冷媒用バイパス通路９を通って切替弁８に送出される。又、ガス冷媒用バイパス通路９は、冷媒貯留室６ａの下部、液冷媒が通常貯留する位置を通って気液分離器６の外部に導き出されている。ガス冷媒用バイパス通路９は、液冷媒の貯留位置でオイルブリード９ａを介して冷媒貯留室６ａに開口されている。
【００４５】
切替弁８は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、弁ハウジング２０を有する。この弁ハウジング２０の２つの入口ポートには、エバポレータ７からの第１循環経路１Ａ（図３（ａ）、（ｂ）では明確化のため、符号１Ａを付す）とガス冷媒用バイパス通路９が接続されている。弁ハウジング２０の２つの出口ポートには、コンプレッサ２側に接続される第１循環経路１Ｂ（図３（ａ）、（ｂ）では明確化のため、符号１Ｂを付す）が共に接続されている。弁ハウジング２０内には弁体２１が配置されている。弁体２１は、１つの液冷媒用通路２２と、ガス冷媒用の第１オリフィス２３及び第２オリフィス２４とを有する。第１オリフィス２３は第２オリフィス２４より小さい開口径であり、第１オリフィス２３は大きな通路抵抗に、第２オリフィス２４は小さな通路抵抗に設定されている。つまり、第１オリフィス２３の通路抵抗は暖気モードに適するものに、第２オリフィス２４の通路抵抗は暖房モード／冷房モードに適するものに設定されている。弁体２１は、制御部の切替指令によって第１切替位置（図３（ａ）の位置）と第２切替位置（図３（ｂ）の位置）との間を移動する。
【００４６】
図３（ａ）に示す第１切替位置では、第１循環経路１Ａ，１Ｂ間が閉塞されると共にガス冷媒用バイパス通路９が第１オリフィス２３を介して第１循環経路１Ｂに連通される。これにより、液冷媒は、エバポレータ７に流れず、ガス冷媒のみが冷凍サイクル内を循環する。
【００４７】
図３（ｂ）に示す第２切替位置では、第１循環経路１Ａ，１Ｂ間が連通されると共にガス冷媒用バイパス通路９が第２オリフィス２４を介して第１循環経路１Ｂに連通される。これにより、液冷媒はエバポレータ７に流れ、且つ、ガス冷媒はエバポレータ７をガス冷媒用バイパス通路９によってバイパスして冷凍サイクル内を循環する。
【００４８】
次に、空調ダクト３０内の構成を説明する。空調ダクト３０内には、内外気ドア（図示せず）及びブロアファン３１がこの順で配置されている。内外気ドアは車室内の空気（内気）を取り込む内気位置と車室外の空気（外気）を取り込む外気位置との間で移動し、ブロアファン３１の送風力によって空調ダクト３０内には内気と外気を取り込むことができる。
【００４９】
空調ダクト３０内には、前記エバポレータ７と前記ヒータコア１４がこの順で配置されている。エバポレータ７の直ぐ上流位置には温度センサ３２が配置されている。温度センサ３２は、エバポレータ７の通過前空気温度（吸気温度）を検知して制御部４０（図５に示す）に出力する。エバポレータ７とヒータコア１４の間には、ミックスドア３３が設けられている。ミックスドア３３は、エバポレータ７からの冷却風をどの程度ヒータコア１４に配風するかその割合を調整する。暖気モード、フル暖房モード等では、エバポレータ７を通過した送風が全てヒータコア１４に送られる。ヒータコア１４を通過し、又は、バイパスした送風は車室内の所望の吹出口から吹き出される。
【００５０】
次に、車両用空気調和システムの制御系の概略を説明する。図５に示すように、制御部４０には、操作部４１からの入力指令（暖房運転指令、冷房運転指令など）や温度センサ３２の検知出力が入力されている。制御部４０は、ユーザの入力指令情報、温度センサ３２の検知情報等に基づいてコンプレッサ２、ポンプ１１、ドアアクチュエータ４２、切替弁８、電気ヒータ１５、流路切替弁１７等を制御する。ドアアクチュエータ４２は、内外気切替ドア（図示せず）やミックスドア３３等を駆動する。
【００５１】
次に、本実施形態における車両用空気調和システムの暖房運転時の動作を説明する。
【００５２】
暖房運転指令があると、制御部４０は、ドアアクチュエータ４２を駆動してミックスドア３３の位置をエバポレータ７からの冷却風を全てヒータコア１４に送風する位置（図４の位置）とすると共に内外気ドア（図示せず）を内気導入位置とする。又、制御部４０は、コンプレッサ２及びポンプ１１を駆動すると共に流路切替弁１７を放熱器バイパス流路１６側に切り替える。
【００５３】
制御部４０は、このような制御と同時に温度センサ３２の検知温度を取得する。温度センサ３２の検知温度（運転開始下では基本的に外気温度と同じ温度を検知する）が所定温度（例えばマイナス２０℃）以下であると、切替弁８を第１切替位置に位置させて暖気モードに入る。
【００５４】
暖気モードでは、図６に示すように、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、気液分離器６で液冷媒とガス冷媒に分離されるが、液冷媒はエバポレータ７に流されずに、ガス冷媒のみがガス冷媒用バイパス通路９を通って冷凍サイクル内を循環する。従って、コンプレッサ２の仕事分だけの熱量によって第１の冷媒が加熱され、第１の冷媒の熱が水冷コンデンサ３より放熱される。暖房循環装置Ｂの第２冷媒は、水冷コンデンサ３からの放熱によって加熱され、この加熱された第２の冷媒はヒータコア１４で空調ダクト３０内の送風に放熱する。ヒータコア１４で加熱された温風が車室内に吹き出される。
【００５５】
従って、ヒートポンプ式冷房装置Ａを利用して外気温度に係わらず車室内を暖房できる。
【００５６】
なお、電気ヒータ１５を用いれば、第２の冷媒は、コンプレッサ２の仕事分の熱量と電気ヒータ１５の熱量によって加熱されるため、更に迅速に暖房できる。
【００５７】
このように車室内が徐々に暖められると温度センサ３２の検知温度も徐々に上昇する。制御部４０は、温度センサ３２の検知温度を常にチェックし、検知温度が所定温度（例えばマイナス２０℃）を越えると、切替弁８を第２切替位置に切り替えて暖房モードに入る。
【００５８】
暖房モードでは、図７に示すように、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、気液分離器６で液冷媒とガス冷媒に分離され、液冷媒がエバポレータ７に流され、ガス冷媒がガス冷媒用バイパス通路９を通って冷凍サイクル内を循環する。従って、コンプレッサ２の仕事分だけの熱量と第１の冷媒の凝縮によって第１の冷媒が加熱され、第１の冷媒の熱が水冷コンデンサ３より放熱される。暖房循環装置Ｂの第２冷媒は、水冷コンデンサ３からの放熱によって加熱され、この加熱された第２の冷媒はヒータコア１４で空調ダクト３０内の送風に放熱する。ヒータコア１４で加熱された温風が車室内に吹き出される。
【００５９】
この暖房モードでは、気液分離器６からの液冷媒はエバポレータ７に流され、エバポレータ７で熱交換するが、気液分離器６がエバポレータ７とコンプレッサ２との間に配置された従来例の空気調和システムに比べて、図８に示すように、エバポレータ７の出口側の冷媒蒸発圧力を、気液分離器６の通路抵抗分とエバポレータ７の通路抵抗の軽減分だけ低下させることができる。そのため、極低温（マイナス２０℃程度）の状況下でも第１の冷媒温度とエバポレータ７を通過する空気温度との間の温度差を従来例よりも大きく取ることができ、効率の良い熱交換が可能であり、暖房モードの暖房性能が向上する。つまり、従来例では、図１０に示すように、第１の冷媒の蒸発温度を最低でもマイナス２０℃とする必要があったため、エバポレータ７の通過前空気温度（吸気温度）がマイナス２０℃であれば、熱交換できず、暖房を行うことができない。これに対し、本実施形態では、図８に示すように、第１の冷媒の蒸発温度を最低マイナス２６．２℃にできるため、エバポレータ７の通過前空気温度（吸気温度）がマイナス２０℃であっても熱交換でき、暖房を行うことができる。
【００６０】
暖房モードにあって、エバポレータ７で吸熱にあまり寄与しないガス冷媒をエバポレータ７に対しバイパスさせたため、エバポレータ７の熱交換効率が向上し、この点からも暖房モードの暖房性能が向上する。
【００６１】
また、冷房運転指令があると、暖房モードと概略同じであるが、流路切替弁１７が放熱器１２側に切り替えられる。これによって、第１の冷媒の熱が放熱器１２を介して車室外に放熱される。又、ミックスドア３３は、ヒータコア１４への送風量を制限する位置に位置される。そして、エバポレータ７で第１の冷媒が空調ダクト３０内の送風を冷却し、この冷却風、又は、ヒータコア１４を通過した温風によって温度調整された冷却風が車室内に送られる。
【００６２】
この実施形態では、暖房用循環装置Ｂの第２循環経路１０には、第２の冷媒を循環させるポンプ１１と、水冷コンデンサ３を第２循環経路１０内に配置する機器収容室１３と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコア１４と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器１２とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものである。従って、暖房モードではヒータコア１４で放熱し、冷房モードでは放熱器１２で放熱することによって暖房と冷房を行うことができる。そして、コンデンサ３は水冷式であるため、空冷式に比べて熱伝達効率が高いためにコンパクト化でき、第１の冷媒の通路抵抗を減少させることができる。よって、通路抵抗が減少した分だけコンプレッサ２の所要動力が小さくなり、コンプレッサ２の駆動力を省力化できるとともにコンプレッサ２を小型化することができる。又、第２循環経路１０の冷媒が液体で相変化せずに顕熱変化するものであるため、熱伝達効率が良くより小型化が図れる。
【００６３】
この実施形態では、液冷媒流通阻止手段は、ガス冷媒用バイパス通路９を第１循環経路１に連通し、且つ、エバポレータ７に冷媒が流れないように第１循環経路１Ａ，１Ｂ（図３（ａ）、（ｂ）に示す）間を閉塞する第１切替位置と、ガス冷媒用バイパス通路９を第１循環経路１に連通し、且つ、エバポレータ７に冷媒が流れるように第１循環経路１Ａ，１Ｂ（図３（ａ）、（ｂ）に示す）間を連通する第２切替位置に切り替えできる切替弁８である。従って、切替弁８の切替制御によって暖気モードと暖房モード／冷房モードとを切り替えできるため、切り替えが容易である。
【００６４】
この実施形態では、ガス冷媒用バイパス通路９、詳細には、切替弁８中に第１及び第２オリフィス２３，２４が設けられている。従って、ガス冷媒用バイパス通路９より仮に液冷媒が流れても再度ガス化することができ、液冷媒がコンプレッサ２に戻ることを防止できる。
【００６５】
この実施形態では、切替弁８は、第１切替位置でガス冷媒が通過する第１オリフィス２３と、第２切替位置でガス冷媒が通過する第２オリフィス２４をそれぞれ有し、第１オリフィス２３の通路抵抗を暖気モードに適するものに、第２オリフィス２４の通路抵抗を暖房モード／冷房モードに適するものに設定されている。暖気モードと暖房モード／冷房モードとではガス冷媒の流量が異なるが、各モードに応じた適切な流通抵抗とすることができる。
【００６６】
この実施形態では、ガス冷媒用バイパス通路９は、気液分離器６内の冷媒貯留室６ａの液冷媒が通常溜まる位置を通り、その位置でガス冷媒用バイパス通路９がオイルブリード９ａを介して開口されている。従って、ガス冷媒用バイパス通路９からはガス冷媒と共にオイルも一緒に循環し、暖気モードでもオイルがコンプレッサ２に戻されるため、コンプレッサ２の信頼性を確保できる。
【００６７】
この実施形態では、エバポレータ７への液冷媒の流通を阻止する暖気モードと、エバポレータ７への液冷媒の流通を許容する暖房モードとの切り替えは、エバポレータ７の吸気温度に基づいて行っている。エバポレータ７が適切な熱交換を行うことができるか否かは、エバポレータ７の吸気温度によって決定されるため、エバポレータ７の吸気温度に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。
【００６８】
又、暖気モードと暖房モードの切り替え制御をコンプレッサ２の入口側の冷媒圧力に基づいて行っても良い。コンプレッサ２の入口側の冷媒圧力が大気圧以下になるか否かは、コンプレッサ２の入口側の冷媒圧力によって決定されるため、コンプレッサ２の入口側の冷媒圧力に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。尚、暖気モードと暖房モードとの切り替えは、エバポレータ７の吸気温度とコンプレッサ２の入口側の冷媒圧力との双方に基づいて行っても良い。
【００６９】
尚、この実施形態では、暖房モードでは、エバポレータ７を通過した冷却風が全て車室内に戻されるよう構成したが、エバポレータ７を通過した冷却風の全部又はその一部が車室外部に排出するよう構成しても良い。エバポレータ７を通過した冷却風の温度が外気温度よりも低い場合には、暖房性能の向上を図ることができる。
【００７０】
（その他）
前記各実施形態では、ヒータとして電気ヒータ１５を使用しているが、燃焼ヒータなどを用いても同様の作用・効果を得ることができる。
【００７１】
前記各実施形態では、第１の冷媒としてＲ１３４を、第２の冷媒として水や不凍液などの液体をそれぞれ使用しているが、これら以外を冷媒として使用しても良いことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、気液分離器の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は暖気モードの切替位置を示す切替弁の構成図、（ｂ）は暖房モード／冷房モードの切替位置を示す切替弁の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態を示し、空調ダクト内の要部構成図である。
【図５】本発明の一実施形態を示し、制御系の概略回路ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの暖気モードの冷媒流れを示す構成図である。
【図７】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの暖房モードの冷媒流れを示す構成図である。
【図８】Ｐ−ｈ線図上に本実施形態に係るヒートポンプ式冷房装置（冷凍サイクル）の状態を示した図である。
【図９】従来例の空気調和システムの構成図である。
【図１０】Ｐ−ｈ線図上に従来例に係るヒートポンプ式冷房装置（冷凍サイクル）の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
Ａ ヒートポンプ式冷房装置
Ｂ 暖房用循環装置
１，１Ａ，１Ｂ， 第１循環経路
１ａ 冷媒導入用通路（第１循環経路）
１ｂ 冷媒導出用通路（第１循環経路）
２ コンプレッサ
３ 水冷コンデンサ（コンデンサ）
５ 膨張弁（膨張手段）
６ 気液分離器
７ エバポレータ
８ 切替弁（液冷媒流通阻止手段）
９ ガス冷媒用バイパス通路
９ａ オイルブリード
１０ 第２循環経路
１１ ポンプ
１２放熱器
１４ ヒータコア
１５ 電気ヒータ（ヒータ）
１６ 放熱器バイパス流路
１７ 流路切替弁
２３ 第１オリフィス
２４ 第２オリフィス
３２ 温度センサ（エバポレータの吸気温度検知用）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房を行うことができる空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の空気調和システムとしては、特許文献１に開示されたものがある。この空気調和システムは、図９に示すように、第１の冷媒が循環する第１循環流路１０１を有するヒートポンプ式冷房装置１００と、第２の冷媒が循環する第２循環流路１２１を有する暖房用循環装置１２０とを備えている。
【０００３】
ヒートポンプ式冷房装置１００の第１循環流路１０１中には、コンプレッサ１０２と内部熱交換部１０３の放熱部と室内用熱交換器１０４と膨脹弁１０５とエバポレータ（室外用熱交換器）１０６と気液分離器１０７とが設けられている。室内用熱交換器１０４は、空調ダクト１１０内に配置されている。暖房用循環装置１２０の第２循環流路１２１には、第２の冷媒を循環させるポンプ１２２と内部熱交換部１０３の受熱部とヒータコア１２３が設けられている。
【０００４】
暖房モードにあっては、ヒートポンプ式冷房装置１００のコンプレッサ１０２と暖房用循環装置１２０のポンプ１２２が共に駆動される。そして、第１の冷媒の熱が室内用熱交換器１０４で放熱され、この熱が暖房に供される。又、第１の冷媒の熱が内部熱交換部１０３で第２の冷媒に放熱される。これにより加熱された第２の冷媒がヒータコア１２３で放熱され、この熱が暖房に供される。
【０００５】
このようにヒートポンプ式冷房装置１００を用いた空気調和システムでは、暖房モードにあってもヒートポンプ式冷房装置１００が駆動され、エバポレータ１０６では第１の冷媒が通過空気より吸熱する必要がある。
【特許文献１】特開２００２−９８４３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エバポレータ１０６が適切な熱交換を行うには、第１の冷媒温度とエバポレータ１０６を通過する通過空気温度との間にある程度の温度差が必要であるが、前記従来例では、極低温の状況下では所望の温度差を得ることができない場合がある。
【０００７】
つまり、第１の冷媒がＲ１３４の場合には、図１０に示すように、マイナス２６．２℃における冷媒の蒸発圧力は１．０１気圧でほぼ大気圧であり、マイナス２０度における冷媒の蒸発圧力は１．３３気圧であり、０．３２気圧の減圧で第１循環流路１０１内が大気圧以下となる。そして、エバポレータ１０６とコンプレッサ１０２との間には気液分離器１０７が配置されているため、気液分離器１０７の通路抵抗が０．３２気圧程度であればエバポレータ１０６が熱交換できず、暖房を行うことができない。
【０００８】
そこで、本発明は、外気温度が極低温の状況下でもヒートポンプ式冷房装置を駆動でき、暖房を行うことができる空気調和システム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】
【０００９】
上記目的を達成する請求項１の発明は、第１の冷媒が循環する第１循環経路を有するヒートポンプ式冷房装置と、第２の冷媒が循環する第２循環経路を有する暖房用循環装置とを備え、ヒートポンプ式冷房装置の第１循環経路には、第１の冷媒を圧縮するコンプレッサと、第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒の熱を放熱させるコンデンサと、第１の冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段で膨張された第１の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を冷却するエバポレータとが設けられ、暖房用循環装置は、コンデンサからの放熱を用いて暖房を行う空気調和システムであって、膨張手段とエバポレータとの間に配置され、膨張手段より第１循環経路を通して供給された冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒を第１循環経路よりエバポレータに導く気液分離器と、気液分離器で分離されたガス冷媒をエバポレータをパイパスさせて第１循環経路に戻すガス冷媒用バイパス通路と、気液分離器で分離された液冷媒をエバポレータに供給しないように阻止できる液冷媒流通阻止手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の空気調和システムであって、暖房用循環装置の第２循環経路には、第２の冷媒を循環させるポンプと、コンデンサを第２循環経路内に配置する機器収容室と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコアと、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１記載の空気調和システムであって、ガス冷媒用バイパス通路には、オリフィスが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和システムであって、液冷媒流通阻止手段は、ガス冷媒用バイパス通路が第１循環流路に連通し、且つ、エバポレータに冷媒が流れないように第１循環経路を閉塞する第１切替位置と、エバポレータに冷媒が流れるように第１循環経路を開口する第２切替位置に切り替えできる切替弁であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４記載の空気調和システムであって、切替弁は、第１切替位置でガス冷媒が通過する第１オリフィスと、第２切替位置でガス冷媒が通過する第２オリフィスをそれぞれ有し、第１オリフィスの通路抵抗を暖気モードに適するものに、第２オリフィスの通路抵抗を暖房モード／冷房モードに適するものに設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気調和システムであって、ガス冷媒用バイパス通路は、気液分離器内の冷媒貯留室の液冷媒が通常溜まる位置を通り、その位置でオイルブリードを介して冷媒貯留室に開口されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気調和システムであって、エバポレータへの液冷媒の流通を阻止する暖気モードと、エバポレータへの液冷媒の流通を許容する暖房モードとの切り替えは、コンプレッサの入口側の冷媒圧力とエバポレータの吸気温度の少なくとも一方に基づいて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、液冷媒流通阻止手段によって液冷媒をエバポレータに流さずに、ガス冷媒のみをガス冷媒用バイパス通路を用いて循環させれば（暖気モード）、エバポレータでは熱交換しないが、コンプレッサの仕事分だけの熱量を暖房として用いることができる。従って、外気温度が極低温の状況下でも暖房できる。
【００１７】
また、気液分離器からの液冷媒をエバポレータに流し、液冷媒を循環させれば（暖房モード）、エバポレータで熱交換するが、気液分離器がエバポレータとコンプレッサとの間に配置された従来例の空気調和システムに比べて、エバポレータの出口側の冷媒蒸発圧力を、気液分離器の通路抵抗分とエバポレータの通路抵抗の軽減分だけ低下させることができるため、極低温の状況下でも第１の冷媒温度とエバポレータを通過する空気温度との間の温度差を従来例よりも大きく取ることができ、効率の良い熱交換が可能であり、暖房モードの暖房性能が向上する。
【００１８】
暖房モードにあって、エバポレータで吸熱にあまり寄与しないガス冷媒をエバポレータに対しバイパスさせれば、エバポレータの熱交換効率が向上し、この点からも暖房モードの暖房性能が向上する。
【００１９】
請求項２の発明によれば、暖房モードではヒータコアで放熱し、冷房モードでは放熱器で放熱することによって暖房と冷房を行うことができる。そして、コンデンサは水冷式であるため、空冷式に比べて熱伝達効率が高いためにコンパクト化でき、第１の冷媒の通路抵抗を減少させることができる。よって、通路抵抗が減少した分だけコンプレッサの所要動力が小さくなり、コンプレッサの駆動力を省力化できるとともにコンプレッサを小型化することができる。又、第２循環経路の冷媒が液体で相変化せずに顕熱変化するものであるため、熱伝達効率が良くより小型化が図れる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、ガス冷媒バイパス通路より仮に液冷媒が流れても再度ガス化することができ、液冷媒がコンプレッサに戻ることを防止できる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、切替弁の切替制御によって暖気モードと暖房モード／冷房モードとを切り替えできるため、切り替えが容易である。
【００２２】
請求項５の発明によれば、暖気モードではガス冷媒が第１オリフィスを通り、暖房モード／冷房モードではガス冷媒が第２オリフィスを通るように切替弁が切り替え制御されるが、暖気モードと暖房モード／冷房モードとではガス冷媒の流通量が異なるが、各モードに応じた適切な流通抵抗とすることができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、ガス冷媒用バイパス通路からはガス冷媒と共にオイルも一緒に循環し、暖気モードでもオイルがコンプレッサに戻されるため、コンプレッサの信頼性を確保できる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、エバポレータが適切な熱交換を行うことができるか否かは、エバポレータの吸気温度によって決定されるため、エバポレータの吸気温度に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。
【００２５】
又、コンプレッサの入口側の冷媒圧力が大気圧以下になるか否かは、コンプレッサの入口側の冷媒圧力によって決定されるため、コンプレッサの入口側の冷媒圧力に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（一実施形態）
図１〜図８は本発明の空気調和システムを車両用空気調和システムに適用した実施形態を示し、図１は車両用空気調和システムの構成図、図２は気液分離器の構成図、図３（ａ）は暖気モードの切替位置を示す切替弁の構成図、図３（ｂ）は暖房モード／冷房モードの切替位置を示す切替弁の構成図、図４は空調ダクト内の要部構成図、図５は制御系の概略回路ブロック図、図６は車両用空気調和システムの暖気モードの冷媒流れを示す構成図、図７は車両用空気調和システムの暖房モードの冷媒流れを示す構成図、図８はＰ−ｈ線図上に本実施形態に係るヒートポンプ式冷房装置（冷凍サイクル）の状態を示した図である。
【００２８】
図１に示すように、車両用空気調和システムは、ヒートポンプ式冷房装置Ａと暖房用循環装置Ｂとを組み合わせたものである。
【００２９】
ヒートポンプ式冷房装置Ａは、第１の冷媒としてのＲ１３４が封入された第１循環経路１を有し、この第１循環経路１には、コンプレッサ２，コンデンサである水冷コンデンサ３、内部熱交換器４，膨張手段である膨張弁５、気液分離器６、エバポレータ７、液冷媒流通阻止手段である切替弁８がこの順で配置されている。
【００３０】
コンプレッサ２は、吸入した比較的低温低圧の第１の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出する。
【００３１】
水冷コンデンサ３は、下記する第２循環経路１０中の機器収容室１３内に配置されており、コンプレッサ２から圧送された第１の冷媒が第２の冷媒によって冷却される。すなわち、水冷コンデンサ３において第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換が行われ、第２の冷媒は第１の冷媒によって加熱される。
【００３２】
内部熱交換器４は、水冷コンデンサ３から送出された第１の冷媒とエバポレータ７から送出されたより冷温の第１の冷媒との間で熱交換させ、水冷コンデンサ３から送出された第１の冷媒はさらに冷却される。
【００３３】
膨張弁５は、内部熱交換器４を通過した第１の冷媒を膨張（減圧）させて低温低圧のガスとして気液分離器６へと送出する。
【００３４】
気液分離器６は、膨張弁５から送出された第１の冷媒を気液分離すると共に液相状態の第１の冷媒を一時的に貯留する。気液分離器６の詳しい構成は、下記する。
【００３５】
エバポレータ７は、気液分離器６から送出された第１の液冷媒とエバポレータ７を通過する空気とを熱交換させ、エバポレータ７を通過する空気は第１の冷媒によって冷却される。エバポレータ７は、下記するように空調ダクト３０内に配置されている。
【００３６】
切替弁８は、第１の冷媒をエバポレータ７に流すか否かを切り替える。切替弁８の詳しい構成は、下記する。
【００３７】
第１循環経路１には、気液分離器６と切替弁８との間を連通するガス冷媒用バイパス通路９が設けられている。
【００３８】
暖房用循環装置Ｂは、第２の冷媒としての水や不凍液などの液体が封入された第２循環経路１０を有し、この第２循環経路１０中に、ポンプ１１、放熱器１２、機器収容室１３及びヒータコア１４がこの順で配置されている。機器収容室１３は、第２循環経路１０よりも大きな断面積を有するスペースであり、この内部に上記した水冷コンデンサ３と共にヒータである電気ヒータ１５が収納されている。
【００３９】
ポンプ１１は、第２の冷媒を第２循環経路１０内に循環させるため、吸入した第２の冷媒を圧送する。ポンプ１１で圧送された液体の冷媒は、相変化することなく液相のまま第２循環経路１０内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００４０】
放熱器１２は、第２の冷媒の熱を外気に放熱させるものであり、電動ファンや走行風によって外気が吹き付けられ、第２の冷媒と外気との間で熱交換が行われる。
【００４１】
電気ヒータ１５は、水冷コンデンサ３の下流側に設けられ、通電することで発熱して第２の冷媒を加熱する。
【００４２】
ヒータコア１４は、第２の冷媒とヒータコア１４を通過する空気とを熱交換させることで、ヒータコア１４を通過する空気を加熱する。ヒータコア１４は、下記するように空調ダクト３０内に配置されている。
【００４３】
第２循環経路１０には、放熱器１２をバイパスする放熱器バイパス流路１６が設けられ、放熱器バイパス流路１６の上流側に設けられた流路切替弁１７を切り換えることで、第２の冷媒の流れを放熱器１２側と放熱器バイパス流路１６側のいずれかに切り換えることができる。
【００４４】
気液分離器６は、図２に示すように、内部に密閉された冷媒貯留室６ａを有する。冷媒貯留室６ａの上部には、膨張弁５からの第１循環経路１の一部を構成する冷媒導入用通路１ａが開口されている。冷媒貯留室６ａの下部には、エバポレータ７に接続される第１循環経路１の一部を構成する冷媒導出用通路１ｂが開口されている。冷媒導出用通路１ｂより液冷媒がエバポレータ７に送出される。冷媒貯留室６ａの上部には、ガス冷媒用バイパス通路９が開口されている。ガス冷媒は、ガス冷媒用バイパス通路９を通って切替弁８に送出される。又、ガス冷媒用バイパス通路９は、冷媒貯留室６ａの下部、液冷媒が通常貯留する位置を通って気液分離器６の外部に導き出されている。ガス冷媒用バイパス通路９は、液冷媒の貯留位置でオイルブリード９ａを介して冷媒貯留室６ａに開口されている。
【００４５】
切替弁８は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、弁ハウジング２０を有する。この弁ハウジング２０の２つの入口ポートには、エバポレータ７からの第１循環経路１Ａ（図３（ａ）、（ｂ）では明確化のため、符号１Ａを付す）とガス冷媒用バイパス通路９が接続されている。弁ハウジング２０の２つの出口ポートには、コンプレッサ２側に接続される第１循環経路１Ｂ（図３（ａ）、（ｂ）では明確化のため、符号１Ｂを付す）が共に接続されている。弁ハウジング２０内には弁体２１が配置されている。弁体２１は、１つの液冷媒用通路２２と、ガス冷媒用の第１オリフィス２３及び第２オリフィス２４とを有する。第１オリフィス２３は第２オリフィス２４より小さい開口径であり、第１オリフィス２３は大きな通路抵抗に、第２オリフィス２４は小さな通路抵抗に設定されている。つまり、第１オリフィス２３の通路抵抗は暖気モードに適するものに、第２オリフィス２４の通路抵抗は暖房モード／冷房モードに適するものに設定されている。弁体２１は、制御部の切替指令によって第１切替位置（図３（ａ）の位置）と第２切替位置（図３（ｂ）の位置）との間を移動する。
【００４６】
図３（ａ）に示す第１切替位置では、第１循環経路１Ａ，１Ｂ間が閉塞されると共にガス冷媒用バイパス通路９が第１オリフィス２３を介して第１循環経路１Ｂに連通される。これにより、液冷媒は、エバポレータ７に流れず、ガス冷媒のみが冷凍サイクル内を循環する。
【００４７】
図３（ｂ）に示す第２切替位置では、第１循環経路１Ａ，１Ｂ間が連通されると共にガス冷媒用バイパス通路９が第２オリフィス２４を介して第１循環経路１Ｂに連通される。これにより、液冷媒はエバポレータ７に流れ、且つ、ガス冷媒はエバポレータ７をガス冷媒用バイパス通路９によってバイパスして冷凍サイクル内を循環する。
【００４８】
次に、空調ダクト３０内の構成を説明する。空調ダクト３０内には、内外気ドア（図示せず）及びブロアファン３１がこの順で配置されている。内外気ドアは車室内の空気（内気）を取り込む内気位置と車室外の空気（外気）を取り込む外気位置との間で移動し、ブロアファン３１の送風力によって空調ダクト３０内には内気と外気を取り込むことができる。
【００４９】
空調ダクト３０内には、前記エバポレータ７と前記ヒータコア１４がこの順で配置されている。エバポレータ７の直ぐ上流位置には温度センサ３２が配置されている。温度センサ３２は、エバポレータ７の通過前空気温度（吸気温度）を検知して制御部４０（図５に示す）に出力する。エバポレータ７とヒータコア１４の間には、ミックスドア３３が設けられている。ミックスドア３３は、エバポレータ７からの冷却風をどの程度ヒータコア１４に配風するかその割合を調整する。暖気モード、フル暖房モード等では、エバポレータ７を通過した送風が全てヒータコア１４に送られる。ヒータコア１４を通過し、又は、バイパスした送風は車室内の所望の吹出口から吹き出される。
【００５０】
次に、車両用空気調和システムの制御系の概略を説明する。図５に示すように、制御部４０には、操作部４１からの入力指令（暖房運転指令、冷房運転指令など）や温度センサ３２の検知出力が入力されている。制御部４０は、ユーザの入力指令情報、温度センサ３２の検知情報等に基づいてコンプレッサ２、ポンプ１１、ドアアクチュエータ４２、切替弁８、電気ヒータ１５、流路切替弁１７等を制御する。ドアアクチュエータ４２は、内外気切替ドア（図示せず）やミックスドア３３等を駆動する。
【００５１】
次に、本実施形態における車両用空気調和システムの暖房運転時の動作を説明する。
【００５２】
暖房運転指令があると、制御部４０は、ドアアクチュエータ４２を駆動してミックスドア３３の位置をエバポレータ７からの冷却風を全てヒータコア１４に送風する位置（図４の位置）とすると共に内外気ドア（図示せず）を内気導入位置とする。又、制御部４０は、コンプレッサ２及びポンプ１１を駆動すると共に流路切替弁１７を放熱器バイパス流路１６側に切り替える。
【００５３】
制御部４０は、このような制御と同時に温度センサ３２の検知温度を取得する。温度センサ３２の検知温度（運転開始下では基本的に外気温度と同じ温度を検知する）が所定温度（例えばマイナス２０℃）以下であると、切替弁８を第１切替位置に位置させて暖気モードに入る。
【００５４】
暖気モードでは、図６に示すように、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、気液分離器６で液冷媒とガス冷媒に分離されるが、液冷媒はエバポレータ７に流されずに、ガス冷媒のみがガス冷媒用バイパス通路９を通って冷凍サイクル内を循環する。従って、コンプレッサ２の仕事分だけの熱量によって第１の冷媒が加熱され、第１の冷媒の熱が水冷コンデンサ３より放熱される。暖房循環装置Ｂの第２冷媒は、水冷コンデンサ３からの放熱によって加熱され、この加熱された第２の冷媒はヒータコア１４で空調ダクト３０内の送風に放熱する。ヒータコア１４で加熱された温風が車室内に吹き出される。
【００５５】
従って、ヒートポンプ式冷房装置Ａを利用して外気温度に係わらず車室内を暖房できる。
【００５６】
なお、電気ヒータ１５を用いれば、第２の冷媒は、コンプレッサ２の仕事分の熱量と電気ヒータ１５の熱量によって加熱されるため、更に迅速に暖房できる。
【００５７】
このように車室内が徐々に暖められると温度センサ３２の検知温度も徐々に上昇する。制御部４０は、温度センサ３２の検知温度を常にチェックし、検知温度が所定温度（例えばマイナス２０℃）を越えると、切替弁８を第２切替位置に切り替えて暖房モードに入る。
【００５８】
暖房モードでは、図７に示すように、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、気液分離器６で液冷媒とガス冷媒に分離され、液冷媒がエバポレータ７に流され、ガス冷媒がガス冷媒用バイパス通路９を通って冷凍サイクル内を循環する。従って、コンプレッサ２の仕事分だけの熱量と第１の冷媒の凝縮によって第１の冷媒が加熱され、第１の冷媒の熱が水冷コンデンサ３より放熱される。暖房循環装置Ｂの第２冷媒は、水冷コンデンサ３からの放熱によって加熱され、この加熱された第２の冷媒はヒータコア１４で空調ダクト３０内の送風に放熱する。ヒータコア１４で加熱された温風が車室内に吹き出される。
【００５９】
この暖房モードでは、気液分離器６からの液冷媒はエバポレータ７に流され、エバポレータ７で熱交換するが、気液分離器６がエバポレータ７とコンプレッサ２との間に配置された従来例の空気調和システムに比べて、図８に示すように、エバポレータ７の出口側の冷媒蒸発圧力を、気液分離器６の通路抵抗分とエバポレータ７の通路抵抗の軽減分だけ低下させることができる。そのため、極低温（マイナス２０℃程度）の状況下でも第１の冷媒温度とエバポレータ７を通過する空気温度との間の温度差を従来例よりも大きく取ることができ、効率の良い熱交換が可能であり、暖房モードの暖房性能が向上する。つまり、従来例では、図１０に示すように、第１の冷媒の蒸発温度を最低でもマイナス２０℃とする必要があったため、エバポレータ７の通過前空気温度（吸気温度）がマイナス２０℃であれば、熱交換できず、暖房を行うことができない。これに対し、本実施形態では、図８に示すように、第１の冷媒の蒸発温度を最低マイナス２６．２℃にできるため、エバポレータ７の通過前空気温度（吸気温度）がマイナス２０℃であっても熱交換でき、暖房を行うことができる。
【００６０】
暖房モードにあって、エバポレータ７で吸熱にあまり寄与しないガス冷媒をエバポレータ７に対しバイパスさせたため、エバポレータ７の熱交換効率が向上し、この点からも暖房モードの暖房性能が向上する。
【００６１】
また、冷房運転指令があると、暖房モードと概略同じであるが、流路切替弁１７が放熱器１２側に切り替えられる。これによって、第１の冷媒の熱が放熱器１２を介して車室外に放熱される。又、ミックスドア３３は、ヒータコア１４への送風量を制限する位置に位置される。そして、エバポレータ７で第１の冷媒が空調ダクト３０内の送風を冷却し、この冷却風、又は、ヒータコア１４を通過した温風によって温度調整された冷却風が車室内に送られる。
【００６２】
この実施形態では、暖房用循環装置Ｂの第２循環経路１０には、第２の冷媒を循環させるポンプ１１と、水冷コンデンサ３を第２循環経路１０内に配置する機器収容室１３と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコア１４と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器１２とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものである。従って、暖房モードではヒータコア１４で放熱し、冷房モードでは放熱器１２で放熱することによって暖房と冷房を行うことができる。そして、コンデンサ３は水冷式であるため、空冷式に比べて熱伝達効率が高いためにコンパクト化でき、第１の冷媒の通路抵抗を減少させることができる。よって、通路抵抗が減少した分だけコンプレッサ２の所要動力が小さくなり、コンプレッサ２の駆動力を省力化できるとともにコンプレッサ２を小型化することができる。又、第２循環経路１０の冷媒が液体で相変化せずに顕熱変化するものであるため、熱伝達効率が良くより小型化が図れる。
【００６３】
この実施形態では、液冷媒流通阻止手段は、ガス冷媒用バイパス通路９を第１循環経路１に連通し、且つ、エバポレータ７に冷媒が流れないように第１循環経路１Ａ，１Ｂ（図３（ａ）、（ｂ）に示す）間を閉塞する第１切替位置と、ガス冷媒用バイパス通路９を第１循環経路１に連通し、且つ、エバポレータ７に冷媒が流れるように第１循環経路１Ａ，１Ｂ（図３（ａ）、（ｂ）に示す）間を連通する第２切替位置に切り替えできる切替弁８である。従って、切替弁８の切替制御によって暖気モードと暖房モード／冷房モードとを切り替えできるため、切り替えが容易である。
【００６４】
この実施形態では、ガス冷媒用バイパス通路９、詳細には、切替弁８中に第１及び第２オリフィス２３，２４が設けられている。従って、ガス冷媒用バイパス通路９より仮に液冷媒が流れても再度ガス化することができ、液冷媒がコンプレッサ２に戻ることを防止できる。
【００６５】
この実施形態では、切替弁８は、第１切替位置でガス冷媒が通過する第１オリフィス２３と、第２切替位置でガス冷媒が通過する第２オリフィス２４をそれぞれ有し、第１オリフィス２３の通路抵抗を暖気モードに適するものに、第２オリフィス２４の通路抵抗を暖房モード／冷房モードに適するものに設定されている。暖気モードと暖房モード／冷房モードとではガス冷媒の流量が異なるが、各モードに応じた適切な流通抵抗とすることができる。
【００６６】
この実施形態では、ガス冷媒用バイパス通路９は、気液分離器６内の冷媒貯留室６ａの液冷媒が通常溜まる位置を通り、その位置でガス冷媒用バイパス通路９がオイルブリード９ａを介して開口されている。従って、ガス冷媒用バイパス通路９からはガス冷媒と共にオイルも一緒に循環し、暖気モードでもオイルがコンプレッサ２に戻されるため、コンプレッサ２の信頼性を確保できる。
【００６７】
この実施形態では、エバポレータ７への液冷媒の流通を阻止する暖気モードと、エバポレータ７への液冷媒の流通を許容する暖房モードとの切り替えは、エバポレータ７の吸気温度に基づいて行っている。エバポレータ７が適切な熱交換を行うことができるか否かは、エバポレータ７の吸気温度によって決定されるため、エバポレータ７の吸気温度に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。
【００６８】
又、暖気モードと暖房モードの切り替え制御をコンプレッサ２の入口側の冷媒圧力に基づいて行っても良い。コンプレッサ２の入口側の冷媒圧力が大気圧以下になるか否かは、コンプレッサ２の入口側の冷媒圧力によって決定されるため、コンプレッサ２の入口側の冷媒圧力に基づいてモード切り替えを行えば、適切なモード切り替えができる。尚、暖気モードと暖房モードとの切り替えは、エバポレータ７の吸気温度とコンプレッサ２の入口側の冷媒圧力との双方に基づいて行っても良い。
【００６９】
尚、この実施形態では、暖房モードでは、エバポレータ７を通過した冷却風が全て車室内に戻されるよう構成したが、エバポレータ７を通過した冷却風の全部又はその一部が車室外部に排出するよう構成しても良い。エバポレータ７を通過した冷却風の温度が外気温度よりも低い場合には、暖房性能の向上を図ることができる。
【００７０】
（その他）
前記各実施形態では、ヒータとして電気ヒータ１５を使用しているが、燃焼ヒータなどを用いても同様の作用・効果を得ることができる。
【００７１】
前記各実施形態では、第１の冷媒としてＲ１３４を、第２の冷媒として水や不凍液などの液体をそれぞれ使用しているが、これら以外を冷媒として使用しても良いことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、気液分離器の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は暖気モードの切替位置を示す切替弁の構成図、（ｂ）は暖房モード／冷房モードの切替位置を示す切替弁の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態を示し、空調ダクト内の要部構成図である。
【図５】本発明の一実施形態を示し、制御系の概略回路ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの暖気モードの冷媒流れを示す構成図である。
【図７】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの暖房モードの冷媒流れを示す構成図である。
【図８】Ｐ−ｈ線図上に本実施形態に係るヒートポンプ式冷房装置（冷凍サイクル）の状態を示した図である。
【図９】従来例の空気調和システムの構成図である。
【図１０】Ｐ−ｈ線図上に従来例に係るヒートポンプ式冷房装置（冷凍サイクル）の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
Ａ ヒートポンプ式冷房装置
Ｂ 暖房用循環装置
１，１Ａ，１Ｂ， 第１循環経路
１ａ 冷媒導入用通路（第１循環経路）
１ｂ 冷媒導出用通路（第１循環経路）
２ コンプレッサ
３ 水冷コンデンサ（コンデンサ）
５ 膨張弁（膨張手段）
６ 気液分離器
７ エバポレータ
８ 切替弁（液冷媒流通阻止手段）
９ ガス冷媒用バイパス通路
９ａ オイルブリード
１０ 第２循環経路
１１ ポンプ
１２放熱器
１４ ヒータコア
１５ 電気ヒータ（ヒータ）
１６ 放熱器バイパス流路
１７ 流路切替弁
２３ 第１オリフィス
２４ 第２オリフィス
３２ 温度センサ（エバポレータの吸気温度検知用）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷媒が循環する第１循環経路（１）を有するヒートポンプ式冷房装置（Ａ）と、第２の冷媒が循環する第２循環経路（１０）を有する暖房用循環装置（Ｂ）とを備え、
前記ヒートポンプ式冷房装置（Ａ）の前記第１循環経路（１）には、第１の冷媒を圧縮するコンプレッサ（２）と、第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒の熱を放熱させるコンデンサ（３）と、第１の冷媒を膨張させる膨張手段（５）と、前記膨張手段（５）で膨張された第１の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を冷却するエバポレータ（７）とが設けられ、
前記暖房用循環装置（Ｂ）は、前記コンデンサ（３）からの放熱を用いて暖房を行う空気調和システムであって、
前記膨張手段（５）と前記エバポレータ（７）との間に配置され、前記膨張手段（５）より前記第１循環経路（１）を通して供給された冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒を前記第１循環経路（１）より前記エバポレータ（７）に導く気液分離器（６）と、前記気液分離器（６）で分離されたガス冷媒を前記エバポレータ（７）をパイパスさせて前記第１循環経路（１）に戻すガス冷媒用バイパス通路（９）と、前記気液分離器（６）で分離された液冷媒を前記エバポレータ（７）に供給しないように阻止できる液冷媒流通阻止手段（８）とを備えたことを特徴とする空気調和システム。
【請求項２】
請求項１記載の空気調和システムであって、
前記暖房用循環装置（Ｂ）の前記第２循環経路（１０）には、第２の冷媒を循環させるポンプ（１１）と、前記コンデンサ（３）を前記第２循環経路（１０）内に配置する機器収容室（１３）と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコア（１４）と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器（１２）とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものであることを特徴とする空気調和システム。
【請求項３】
請求項１記載の空気調和システムであって、
前記ガス冷媒用バイパス通路（９）には、オリフィス（２３），（２４）が設けられていることを特徴とする空気調和システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和システムであって、
前記液冷媒流通阻止手段（８）は、前記ガス冷媒用バイパス通路（９）が前記第１循環流路（１）に連通し、且つ、前記エバポレータ（７）に液冷媒が流れないように第１循環経路（１）を閉塞する第１切替位置と、前記エバポレータ（７）に液冷媒が流れるように前記第１循環経路（１）を開口する第２切替位置に切り替えできる切替弁（８）であることを特徴とする空気調和システム。
【請求項５】
請求項４記載の空気調和システムであって、
前記切替弁（８）は、第１切替位置でガス冷媒が通過する第１オリフィス（２３）と、第２切替位置でガス冷媒が通過する第２オリフィス（２４）をそれぞれ有し、前記第１オリフィス（２３）の通路抵抗を暖気モードに適するものに、前記第２オリフィス（２４）の通路抵抗を暖房モード／冷房モードに適するものに設定したことを特徴とする空気調和システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気調和システムであって、
前記ガス冷媒用バイパス通路（９）は、前記気液分離器（６）内の冷媒貯留室（６ａ）の液冷媒が通常溜まる位置を通り、その位置でオイルブリード（９ａ）を介して冷媒貯留室（６ａ）に開口されていることを特徴とする空気調和システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気調和システムであって、
前記エバポレータ（７）への液冷媒の流通を阻止する暖気モードと、前記エバポレータ（７）への液冷媒の流通を許容する暖房モードとの切り替えは、前記エバポレータ（７）の吸気温度と前記コンプレッサ（２）の入口側の冷媒圧力との少なくとも一方に基づいて行うことを特徴とする空気調和システム。
【請求項１】
第１の冷媒が循環する第１循環経路（１）を有するヒートポンプ式冷房装置（Ａ）と、第２の冷媒が循環する第２循環経路（１０）を有する暖房用循環装置（Ｂ）とを備え、
前記ヒートポンプ式冷房装置（Ａ）の前記第１循環経路（１）には、第１の冷媒を圧縮するコンプレッサ（２）と、第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒の熱を放熱させるコンデンサ（３）と、第１の冷媒を膨張させる膨張手段（５）と、前記膨張手段（５）で膨張された第１の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を冷却するエバポレータ（７）とが設けられ、
前記暖房用循環装置（Ｂ）は、前記コンデンサ（３）からの放熱を用いて暖房を行う空気調和システムであって、
前記膨張手段（５）と前記エバポレータ（７）との間に配置され、前記膨張手段（５）より前記第１循環経路（１）を通して供給された冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒を前記第１循環経路（１）より前記エバポレータ（７）に導く気液分離器（６）と、前記気液分離器（６）で分離されたガス冷媒を前記エバポレータ（７）をパイパスさせて前記第１循環経路（１）に戻すガス冷媒用バイパス通路（９）と、前記気液分離器（６）で分離された液冷媒を前記エバポレータ（７）に供給しないように阻止できる液冷媒流通阻止手段（８）とを備えたことを特徴とする空気調和システム。
【請求項２】
請求項１記載の空気調和システムであって、
前記暖房用循環装置（Ｂ）の前記第２循環経路（１０）には、第２の冷媒を循環させるポンプ（１１）と、前記コンデンサ（３）を前記第２循環経路（１０）内に配置する機器収容室（１３）と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコア（１４）と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器（１２）とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものであることを特徴とする空気調和システム。
【請求項３】
請求項１記載の空気調和システムであって、
前記ガス冷媒用バイパス通路（９）には、オリフィス（２３），（２４）が設けられていることを特徴とする空気調和システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和システムであって、
前記液冷媒流通阻止手段（８）は、前記ガス冷媒用バイパス通路（９）が前記第１循環流路（１）に連通し、且つ、前記エバポレータ（７）に液冷媒が流れないように第１循環経路（１）を閉塞する第１切替位置と、前記エバポレータ（７）に液冷媒が流れるように前記第１循環経路（１）を開口する第２切替位置に切り替えできる切替弁（８）であることを特徴とする空気調和システム。
【請求項５】
請求項４記載の空気調和システムであって、
前記切替弁（８）は、第１切替位置でガス冷媒が通過する第１オリフィス（２３）と、第２切替位置でガス冷媒が通過する第２オリフィス（２４）をそれぞれ有し、前記第１オリフィス（２３）の通路抵抗を暖気モードに適するものに、前記第２オリフィス（２４）の通路抵抗を暖房モード／冷房モードに適するものに設定したことを特徴とする空気調和システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気調和システムであって、
前記ガス冷媒用バイパス通路（９）は、前記気液分離器（６）内の冷媒貯留室（６ａ）の液冷媒が通常溜まる位置を通り、その位置でオイルブリード（９ａ）を介して冷媒貯留室（６ａ）に開口されていることを特徴とする空気調和システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気調和システムであって、
前記エバポレータ（７）への液冷媒の流通を阻止する暖気モードと、前記エバポレータ（７）への液冷媒の流通を許容する暖房モードとの切り替えは、前記エバポレータ（７）の吸気温度と前記コンプレッサ（２）の入口側の冷媒圧力との少なくとも一方に基づいて行うことを特徴とする空気調和システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１９０５７９（Ｐ２００９−１９０５７９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３７１８（Ｐ２００８−３３７１８）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
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