車両用空気調和システム
【課題】ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化する。
【解決手段】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８を有する暖房用循環装置Ｂと、第３の冷媒が循環する第３循環経路２０を有する冷房用循環装置Ｃとを備え、第１循環経路１には、コンプレッサ２と、第２循環経路８内に配置された水冷コンデンサ３と、膨張手段５と、第３循環経路２０内に配置された水冷エバポレータ６とが設けられ、第２循環経路８には、ポンプ９と、送風を加熱するヒータコア１２と、放熱器１０とが設けられ、第３循環経路２０には、ポンプ２１と、送風を冷却する冷却器２３とが設けられた。
【解決手段】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８を有する暖房用循環装置Ｂと、第３の冷媒が循環する第３循環経路２０を有する冷房用循環装置Ｃとを備え、第１循環経路１には、コンプレッサ２と、第２循環経路８内に配置された水冷コンデンサ３と、膨張手段５と、第３循環経路２０内に配置された水冷エバポレータ６とが設けられ、第２循環経路８には、ポンプ９と、送風を加熱するヒータコア１２と、放熱器１０とが設けられ、第３循環経路２０には、ポンプ２１と、送風を冷却する冷却器２３とが設けられた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房と冷房を行うことができる車両用空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の車両用空気調和システムとしては、特許文献１（第４実施形態等）に開示されたものがある。この車両用空気調和システムは、第１の冷媒が循環する第１循環流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循環流路を有する暖房用循環装置とを備えている。
【０００３】
ヒートポンプ式冷房装置の第１循環流路中には、コンプレッサと内部熱交換部の放熱部と室内用熱交換器と膨脹弁と室外用熱交換器とが設けられている。室内熱交換器は、車室に開口する空調ダクト内に配置されている。第１循環流路は、種々のバイパス経路と第１冷媒の経路を切り換えるための多数の切換弁を有する。
【０００４】
暖房運転時にあっては、内部熱交換部と室内用熱交換器が第１の冷媒に放熱させるコンデンサとして機能し、室外用熱交換器が第１の冷媒に吸熱させるエバポレータとして機能し、冷房運転時にあっては、室外用熱交換器が第１の冷媒に放熱させるコンデンサとして機能し、室内用熱交換器が第１の冷媒に吸熱させるエバポレータとして機能するように経路が切り換えられる。
【０００５】
暖房用循環装置の第２循環流路には、第２の冷媒を循環させるポンプと内部熱交換部の受熱部とヒータコアが設けられている。ヒータコアは、車室に開口する空調ダクト内に配置されている。
【０００６】
暖房運転時には、ヒートポンプ式冷房装置の室内用熱交換器とヒータコアを熱源とし、冷房運転時にはヒートポンプ式冷房装置の室内用熱交換器を冷却源として車室内を暖房し、又、冷房する。
【特許文献１】特開２００２−９８４３０号公報（図１、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来例のようにヒートポンプ式冷房装置を暖房用と冷房用の併用とすると、第１の冷媒の流路を切り換えるために、多数のバイパス流路及び切換弁などが必要となるため、ヒートポンプ式冷房装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
また、前記従来公報の図１には、第１の冷媒が循環する第１循環流路を有するヒートポンプ式暖房装置と、第２の冷媒が循環する第２循環流路を有する暖房用給湯水循環装置とを備えたシステムが開示されている。ヒートポンプ式暖房装置の第１循環流路中には、コンプレッサと内部熱交換部の放熱部と高圧側熱交換器と膨張弁と低圧側熱交換器とが設けられている。暖房用給湯水循環装置の第２循環流路中には、ポンプと内部熱交換部の受熱部と暖房用ヒータとが設けられている。このシステムは、ヒートポンプ式暖房装置で得られる熱を高圧側熱交換器を介して、又は、暖房用給湯水循環装置を介して利用するものであり、第１の冷媒の流路を切り換えする必要がないため構成が簡単である。しかし、このシステムでは、冷房を行うことができない。又、このシステムは、家庭用の暖房システムであり、車両用ではない。
【０００９】
そこで、本発明は、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成である車両用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】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１の発明は、潜熱変化によって熱交換を行う第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、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第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、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第３の冷媒が循環する第３循環経路を有する冷房用循環装置とを備え、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２循環経路内に配置され、第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ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、前記第３循環経路内に配置され、前記膨張手段で膨張された第１の冷媒が第３の冷媒の熱を吸熱するエバポレータとが設けられ、第２循環経路には、第２の冷媒を循環させるポンプと、第２の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風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３循環経路には、第３の冷媒を循環させるポンプと、第３の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風を冷却する冷却器とが設けられたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用空気調和システムであって、放熱器をバイパスする放熱器バイパス流路と、第２の冷媒を放熱器又は放熱器バイパス流路へと流すように流路を切り換える流路切換弁とが設けられたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和システムであって、第２循環経路に、第２の冷媒を加熱するヒータが設けられたことを特徴とする。
【００１３】
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車両用空気調和システムであって、コンプレッサは、電動コンプレッサであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、第１の冷媒は、二酸化炭素若しくは可燃性冷媒であることを特徴とする。
【００１５】
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車両用空気調和システムであって、冷房モードでは、アイドルストップ時には前記第３循環経路のポンプを作動させたことを特徴とする。
【００１６】
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車両用空気調和システムであって、暖房モードでは、アイドルストップ時には第２循環経路のポンプを作動させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、ヒートポンプ式冷房装置の第１の冷媒は、暖房運転と冷房運転に係わらず第１循環経路を一定の経路で循環させれば良いため、ヒートポンプ式冷房装置の構成が簡単で良い。又、暖房用循環装置もコンデンサから熱を受ける第２の冷媒をヒータコアと放熱器を通る経路で循環させる構成であれば良い。冷房用循環装置もエバポレータで吸熱された第３の冷媒を冷却器を通る経路で循環させる構成であれば良い。そして、冷房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置のコンデンサの熱は、暖房用循環装置の放熱器で車室外空気に放熱し、ヒートポンプ式冷房装置のエバポレータによって第３の冷媒を冷却して冷房用循環装置の冷却器で冷風を作り、暖房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置のコンデンサの熱によって第２の冷媒を加熱して暖房用循環装置のヒータコアで温風を作ることができ、冷房と暖房ができる。以上より、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００１８】
また、高圧となる第１の冷媒が通るコンデンサ及びエバポレータは、車室内への送風路内に配置する必要がなく、車室内への送風路には顕熱変化のみする第２及び第３の冷媒が通るヒータコア及び冷却器を配置するため、安全性が向上する。
【００１９】
また、コンデンサ及びエバポレータ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２を小型化することができる。
【００２０】
更に、第２及び第３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。
【００２１】
請求項２の発明によれば、暖房モードでは第２の冷媒を放熱器にバイパスさせて流すことにより無駄な放熱を防止でき、冷房モードでは第２の冷媒を放熱器に通すことにより不要な熱を車室外に放熱できるため、暖房性能と冷房性能の悪化を防止できる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、暖房運転時はヒートポンプ式冷房装置において生じた熱とヒータによって発生させた熱とを併用して車室内に導く送風を加熱することができるため、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、コンプレッサは、エンジンより動力を得る必要がないため、ヒートポンプ式冷房装置をエンジンの配置位置を配慮することなく自由にレイアウトできる。これにより、ヒートポンプ式冷房装置の第１循環経路がコンパクト化できるため、更に冷媒配管を短く、通路抵抗を下げることができる。また、レイアウト性が向上する。
【００２４】
請求項５の発明によれば、第１の冷媒が通るコンデンサ及びエバポレータは、車室内への送風路内に配置する必要がないため、第１の冷媒として二酸化炭素や可燃性冷媒を用いても安全性を確保できる。その上、二酸化炭素は、極低温状態でも飽和圧力が高く、その分第１の冷媒の流量をより確実に確保することができる。従って、冷媒循環量の減少による暖房性能の低下を極力防止でき、コンプレッサへのオイル戻り量の減少によるコンプレッサの動作不良を防止できる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサの駆動も停止される場合でも、第３の冷媒が冷却器を流れ、第３の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を冷却できる。従って、アイドルストップ時でも冷房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサの双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ冷房運転が可能である。
【００２６】
請求項７の発明によれば、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサの駆動も停止される場合でも、第２の冷媒がヒータコアを流れ、第２の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を加熱できる。従って、アイドルストップ時でも暖房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサ２の双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ暖房運転が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
（実施形態）
図１〜図６は発明の一実施形態を示し、図１は車両用空気調和システムの冷媒循環装置の構成図、図２は車両用空気調和システムの空調ユニットの詳細構成図、図３は暖房モードの冷媒循環状態を示す図、図４は冷房モードの冷媒循環状態を示す図、図５は暖房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図、図６は冷房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図である。
【００２９】
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と冷房用循環装置Ｃとが組み合わされた冷媒循環装置と、暖房用循環装置Ｂのヒータコア１２及び冷房用循環装置Ｃの冷却器２３が収容された空調ユニット４０とを備えている。
【００３０】
ヒートポンプ式冷房装置Ａは、第１の冷媒としての二酸化炭素が封入された第１循環経路１を有し、この第１循環経路１中に、コンプレッサ２，コンデンサである水冷コンデンサ３、膨張手段である膨張弁５、エバポレータである水冷エバポレータ６及びアキュームレータ７を順に備えて構成される。
【００３１】
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。コンプレッサ２は、エンジンから動力を受けることによって回転し、エンジンがストップするとコンプレッサ２も停止される。そして、エンジンは、アイドリング時には停止し、アクセルを踏むと再び駆動を開始する、いわゆるアイドリングストップを行うよう構成されている。
【００３２】
水冷コンデンサ３は、下記する第２循環経路８中の機器収容室１５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の冷媒と第２の冷媒が熱交換する。水冷コンデンサ３内を流れる第１の冷媒は高温であるため、第２の冷媒との熱交換によって冷却され、第２の冷媒は第１の冷媒によって加熱される。
【００３３】
膨張弁５は、水冷コンデンサ３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水冷エバポレータ６へと送出する。
【００３４】
水冷エバポレータ６は、下記する第３循環経路２０中の機器収容室内に配置されており、膨張弁５から送出された第１の冷媒と第３の冷媒が熱交換する。水冷エバポレータ６内を流れる第１の冷媒は低圧であるため、第３の冷媒との熱交換によって吸熱し、第３の冷媒は冷却される。
【００３５】
アキュームレータ７は、水冷エバポレータ６から送出された第１の冷媒を気液分離して気相状態の第１の冷媒のみをコンプレッサ２に送出し、液相状態の第１の冷媒を一時的に貯留する。
【００３６】
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８を有し、この第２循環経路８中に、ポンプ９、放熱器１０、機器収容室１５及びヒータコア１２が順に設けられている。機器収容室１５は、第２循環経路８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１１が収納されている。
【００３７】
ポンプ９は、第２の冷媒を第２循環経路８内に循環させるため、吸入した第２の冷媒を加圧して圧送する。ポンプ９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８内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００３８】
放熱器１０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。
【００３９】
電気ヒータ１１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。
【００４０】
ヒータコア１２は、下記するように空調ユニット４０内に配置されている。そして、第２の冷媒とヒータコア１２を通過する送風とを熱交換させることで、ヒータコア１２を通過する送風を加熱する。ヒータコア１２の空調ユニット４０内の具体的な配置位置については、下記に詳述する。
【００４１】
第２循環経路８には、放熱器１０をバイパスする放熱器バイパス流路１３が設けられ、放熱器バイパス流路１３の上流側に設けられた流路切換弁１４を切り換えることで、第２の冷媒の流れを放熱器１０側又は放熱器バイパス流路１３側へと切り換えることができる。
【００４２】
冷房用循環装置Ｃ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３循環経路２０を有し、この第３循環経路２０中に、ポンプ２１、機器収容室２２及び冷却器２３がこの順で設けられている。機器収容室２２は、第３循環経路２０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エバポレータ６が収納されている。
【００４３】
ポンプ２１は、第３の冷媒を第３循環経路２０内に循環させるため、吸入した第３の冷媒を加圧して圧送する。ポンプ２１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３循環経路２０内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００４４】
冷却器２３は、下記するように空調ユニット４０内に配置されている。そして、第３の冷媒と冷却器２３を通過する送風とを熱交換させることで、冷却器２３を通過する送風を冷却する。冷却器２３の空調ユニット４０内の具体的な配置位置については、下記に詳述する。
【００４５】
次に、車両用空気調和システムの空調ユニット４０の構成を説明する。図２に示すように、空調ユニット４０内にはブロアファン４１が設けられ、内気又は外気を空調ユニット４０内に取り込み、取り込んだ送風を車室内に送風する。空調ユニット４０内の送風路の一部は、仕切板４２によって平行する２つの流路４３，４４に分離され、一方の流路４３には前記した冷却器２３、他方の流路４４にはヒータコア１２が互いに並列に設けられている。これにより、空調ユニット４０に吸入された送風のうち流路４３へ流れる送風は冷却器２３によって冷却され、流路４４へ流れる送風はヒータコア１２によって加熱される。
【００４６】
混合手段であるミックスドア４５は、仕切板４２の下流端に設けられている。ミックスドア４５は、冷却器２３側の流路４３又はヒータコア１２側の流路４４を閉塞可能なドアである。空調ユニット４０の側面の一部には、空調ユニット４０と車室外、例えばエンジンルームとを連通させる排気ドア４６が設けられ、ミックスドア４５が冷却器２３側の流路４３を閉塞するとき、排気ドア４６が開いて冷却器２３によって冷却された送風を車室外へ排出させる。空調ユニット４０の下流端には空調ユニット４０と車室内とを連通させる複数の吹出しドア４７ａ〜４７ｃが設けられ、開放する吹出しドア４７ａ〜４７ｃの組み合わせを変えることで送風を車室内の所望の位置へ吹き出させることができる。
【００４７】
次に、本実施形態における車両用空調システムの暖房運転及び冷房運転における動作について説明する。
【００４８】
暖房モードが選択されると、図３に示すように、アイドリング時でないことを条件として、ヒートポンプ式冷房装置Ａのコンプレッサ２、暖房用循環装置Ｂのポンプ９、冷房用循環装置Ｃのポンプ２１が共に駆動される。流路切換弁１４は第２の冷媒が放熱器バイパス流路１３側に流れる切替え位置とされる。
【００４９】
第１の冷媒は、第１循環経路１を一定の経路で循環し、水冷コンデンサ３を流れる高温の第１の冷媒によって第２の冷媒は加熱される。水冷コンデンサ３によって加熱されて高温となった第２の冷媒がヒータコア１２内を流れることでヒータコア１２を通過する送風が加熱される。また、水冷エバポレータ６内を流れる第１の冷媒によって第３の冷媒は冷却される。水冷エバポレータ６で冷却されて低温となった第３の冷媒が冷却器２３内を流れることで冷却器２３を通過する送風が冷却される。
【００５０】
空調ユニット４０は、図５に示すように、ミックスドア４５が第１の流路４３を閉塞する位置に、排気ドア４６が開放位置に、複数の吹出しドア４７ａ〜４７ｃの少なくとも１つ、例えばフットドア４７ｃが開放位置に位置される。従って、第１の流路４３を流れる送風は、冷却器２３を通過する際に冷風とされるが、この冷風は車室内には流入せずエンジンルームに排出される。第２の流路４４を流れる送風は、ヒータコア１２を通過する際に温風とされ、この温風がフットドア４７ｃより車室内に吹き出される。これによって、車室内が暖房される。
【００５１】
この暖房運転時にあって、アイドルストップ時には、第１循環経路１のコンプレッサ２が停止されると共に第３循環経路２０のポンプ２１も停止されるが、第２循環経路８のポンプ９は停止されることなく駆動し続けられる。そのため、アイドルストップ時でも、第２の冷媒はヒータコア１２を流れ、第２の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風が加熱される。従って、アイドルストップ時でも暖房性能の低下を極力防止できる。
【００５２】
この暖房運転時にあって、電気ヒータ１１をオンすれば、水冷コンデンサ３によって加熱された第２の冷媒は更に加熱されるため、強力な暖房性能が得られる。
【００５３】
冷房モードが選択されると、図４に示すように、アイドリング時でないことを条件として、ヒートポンプ式冷房装置Ａのコンプレッサ２、暖房用循環装置Ｂのポンプ９、冷房用循環装置Ｃのポンプ２１が共に駆動される。流路切換弁１４は、第２の冷媒が放熱器１０側に流れる切替位置とされる。
【００５４】
第１の冷媒は、第１循環経路１を一定の経路で循環し、水冷コンデンサ３を流れる高温の第１の冷媒によって第２の冷媒は加熱される。水冷コンデンサ３によって加熱されて高温となった第２の冷媒が放熱器１０内を流れることで車室外に放熱される。第２の冷媒は、ヒータコア１２内も流れるが、ヒータコア１２では下記する理由によってほとんど放熱されない。また、水冷エバポレータ６内を流れる第１の冷媒によって第３の冷媒は冷却される。水冷エバポレータ６で冷却されて低温となった第３の冷媒が冷却器２３内を流れることで冷却器２３を通過する送風が冷却される。
【００５５】
空調ユニット４０は、図６に示すように、ミックスドア４５が第２の流路４４を閉塞する位置に、排気ドア４６が閉塞位置に、複数の吹出しドア４７ａ〜４７ｃの少なくとも１つ、例えばデフドア４７ａが開放位置に位置される。従って、第２の流路４４を流れる送風は、ミックスドア４５で流れが停止されるため、ヒータコア１２は加熱器として機能せず、温風が得られない。第１の流路４３を流れる送風は、冷却器２３を通過する際に冷風とされ、この冷風がデフドア４７ａより車室内に吹き出される。これによって、車室内が冷房される。
【００５６】
この冷房運転時にあって、アイドルストップ時には、第１循環経路１のコンプレッサ２が停止されると共に第２循環経路８のポンプ９も停止されるが、第３循環経路２０のポンプ２１は停止されることなく駆動し続けられる。そのため、アイドルストップ時でも、第３の冷媒は冷却器２３を流れ、第３の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風が冷却される。従って、アイドルストップ時でも冷房性能の低下を極力防止できる。
【００５７】
以上、説明したように、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、暖房運転と冷房運転に係わらず第１循環経路１を一定の経路で循環させれば良いため、ヒートポンプ式冷房装置Ａの構成が簡単で良い。又、暖房用循環装置Ｂも水冷コンデンサ３から熱を受ける第２の冷媒をヒータコア１２と放熱器１０を通る経路で循環させる構成であれば良い。冷房用循環装置Ｃも水冷エバポレータ６で吸熱された第３の冷媒を冷却器２３を通る経路で循環させる構成であれば良い。そして、冷房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置Ａの水冷コンデンサ３の熱は、暖房用循環装置Ｂの放熱器１０で車室外空気に放熱し、ヒートポンプ式冷房装置Ａの水冷エバポレータ６によって第３の冷媒を冷却して冷房用循環装置Ｃの冷却器２３で冷風を作り、暖房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置Ａの水冷コンデンサ３の熱によって第２の冷媒を加熱して暖房用循環装置Ｂのヒータコア１２で温風を作ることができ、冷房と暖房ができる。以上より、ヒートポンプ式冷房装置Ａを用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置Ａの構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００５８】
また、高圧となる第１の冷媒が通る水冷コンデンサ３及び水冷エバポレータ６は、車室内への送風路内に配置する必要がなく、空調ユニット４０内には顕熱変化のみする第２及び第３の冷媒が通るヒータコア１２及び冷却器２３を配置するため、安全性が向上する。
【００５９】
また、水冷コンデンサ３及び水冷エバポレータ６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。
【００６０】
更に、第２循環経路８及び第３循環経路２０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。
【００６１】
この実施形態では、放熱器１０をバイパスする放熱器バイパス流路１３と、第２の冷媒を放熱器１０又は放熱器バイパス流路１３へと流すように流路を切り換える流路切換弁１４とが設けられている。従って、暖房モードでは第２の冷媒を放熱器１０にバイパスさせて流すことにより無駄な放熱を防止でき、冷房モードでは第２の冷媒を放熱器１０に通すことにより不要な熱を車室外に放熱できるため、暖房性能と冷房性能の悪化を防止できる。
【００６２】
この実施形態では、第２循環経路８に、第２の冷媒を加熱する電気ヒータ１１が設けられている。従って、暖房運転時はヒートポンプ式冷房装置Ａにおいて生じた熱と電気ヒータ１１によって発生させた熱とを併用して車室内に導く送風を加熱することができるため、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができる。
【００６３】
また、第１の冷媒が通る水冷コンデンサ３及び水冷エバポレータ６は、車室内への送風路内に配置する必要がないため、第１の冷媒として二酸化炭素や可燃性冷媒を用いても安全性を確保できる。その上、二酸化炭素は、極低温状態でも飽和圧力が高く、その分第１の冷媒の流量をより確実に確保することができる。従って、冷媒循環量の減少による暖房性能の低下を極力防止でき、コンプレッサ２へのオイル戻り量の減少によるコンプレッサ２の動作不良を防止できる。
【００６４】
この実施形態では、冷房モードでは、アイドルストップ時には第３循環経路２０のポンプ２１を作動するよう構成されている。従って、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサ２も駆動が停止される場合でも、第３の冷媒が冷却器２３内を流れ、第３の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を冷却できる。従って、アイドルストップ時でも冷房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサ２の双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ冷房運転が可能である。
【００６５】
この実施形態では、暖房モードでは、アイドルストップ時には第２循環経路８のポンプ９を作動するよう構成されている。従って、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサ２の駆動も停止される場合でも、第２の冷媒がヒータコア１２を流れ、第２の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を加熱できる。従って、アイドルストップ時でも暖房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサ２の双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ暖房運転が可能である。
【００６６】
本実施形態では、水冷コンデンサ３は電気ヒータ１１の上流側に配置されるので、表面温度が電気ヒータ１１より低い水冷コンデンサ３が電気ヒータ１１より先に第２の冷媒と熱交換を行うこととなり、水冷コンデンサ３と第２の冷媒との温度差を極力大きくとることができ、水冷コンデンサ３における熱交換効率を向上させることができる。
【００６７】
本実施形態では、暖房運転時、ミックスドア４５によってエバポレータ６側の流路４３を閉塞して排気ドア４６を開放することで冷却器２３を通過した冷風を空調ユニット４０から車室外へと排出するので、冷風がヒータコア１２によって加熱された温風と混ざることを防止して暖房性能をさらに向上させることができる。
【００６８】
本実施形態では、冷却器２３を通過した冷風とヒータコア１２を通過した温風とをミックスドア４５の開度を変えることで所定の割合で混合させることができるので、搭乗者の設定温度や外気に基づいて空調風の吹き出し温度を所望の温度に設定することができる。
【００６９】
（変形例）
前記実施形態では、コンプレッサ２は、エンジンからの動力によって駆動するものであったが、変形例としてコンプレッサ２を電動コンプレッサにて構成しても良い。他の構成は前期実施形態と同様である。
【００７０】
コンプレッサを電動コンプレッサとした場合には、エンジンより動力を得る必要がないため、ヒートポンプ式冷房装置Ａをエンジンの配置位置を配慮することなく自由にレイアウトできる。これにより、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１循環経路１がコンパクト化できるため、レイアウト性が向上する。又、通路抵抗の低減にも寄与する。
【００７１】
また、エンジンがアイドリング時に停止するものにあって、アイドリング時に省電力化のために電動コンプレッサの駆動も停止する構成とする場合が考えられる。この場合にも、前記実施形態と同様に、冷房モードには第３循環経路２０のポンプ２１を作動させ、暖房モードには第２循環経路８のポンプ９を作動させるよう構成する。このように構成することによって、アイドルストップ時でも冷房性能及び暖房性能の低下を極力防止できる。
【００７２】
（その他）
前記実施形態では、ヒータとして電気ヒータ１１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。
【００７３】
前記実施形態では、第１の冷媒として二酸化炭素を、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】
【００７４】
【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冷媒循環装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの空調ユニットの詳細構成図である。
【図３】本発明の一実施形態を示し、暖房モードの冷媒循環状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を示し、冷房モードの冷媒循環状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態を示し、暖房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を示し、冷房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ ヒートポンプ式冷房装置
Ｂ 暖房用循環装置
Ｃ 冷房用循環装置
１ 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 水冷エバポレータ（エバポレータ）
８ 第２循環経路
９ ポンプ
１０ 放熱器
１１ 電気ヒータ（ヒータ）
１２ ヒータコア
１３ 放熱器バイパス流路
１４ 流路切換弁
２０ 第３循環経路
２１ ポンプ
２３ 冷却器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房と冷房を行うことができる車両用空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の車両用空気調和システムとしては、特許文献１（第４実施形態等）に開示されたものがある。この車両用空気調和システムは、第１の冷媒が循環する第１循環流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循環流路を有する暖房用循環装置とを備えている。
【０００３】
ヒートポンプ式冷房装置の第１循環流路中には、コンプレッサと内部熱交換部の放熱部と室内用熱交換器と膨脹弁と室外用熱交換器とが設けられている。室内熱交換器は、車室に開口する空調ダクト内に配置されている。第１循環流路は、種々のバイパス経路と第１冷媒の経路を切り換えるための多数の切換弁を有する。
【０００４】
暖房運転時にあっては、内部熱交換部と室内用熱交換器が第１の冷媒に放熱させるコンデンサとして機能し、室外用熱交換器が第１の冷媒に吸熱させるエバポレータとして機能し、冷房運転時にあっては、室外用熱交換器が第１の冷媒に放熱させるコンデンサとして機能し、室内用熱交換器が第１の冷媒に吸熱させるエバポレータとして機能するように経路が切り換えられる。
【０００５】
暖房用循環装置の第２循環流路には、第２の冷媒を循環させるポンプと内部熱交換部の受熱部とヒータコアが設けられている。ヒータコアは、車室に開口する空調ダクト内に配置されている。
【０００６】
暖房運転時には、ヒートポンプ式冷房装置の室内用熱交換器とヒータコアを熱源とし、冷房運転時にはヒートポンプ式冷房装置の室内用熱交換器を冷却源として車室内を暖房し、又、冷房する。
【特許文献１】特開２００２−９８４３０号公報（図１、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来例のようにヒートポンプ式冷房装置を暖房用と冷房用の併用とすると、第１の冷媒の流路を切り換えるために、多数のバイパス流路及び切換弁などが必要となるため、ヒートポンプ式冷房装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
また、前記従来公報の図１には、第１の冷媒が循環する第１循環流路を有するヒートポンプ式暖房装置と、第２の冷媒が循環する第２循環流路を有する暖房用給湯水循環装置とを備えたシステムが開示されている。ヒートポンプ式暖房装置の第１循環流路中には、コンプレッサと内部熱交換部の放熱部と高圧側熱交換器と膨張弁と低圧側熱交換器とが設けられている。暖房用給湯水循環装置の第２循環流路中には、ポンプと内部熱交換部の受熱部と暖房用ヒータとが設けられている。このシステムは、ヒートポンプ式暖房装置で得られる熱を高圧側熱交換器を介して、又は、暖房用給湯水循環装置を介して利用するものであり、第１の冷媒の流路を切り換えする必要がないため構成が簡単である。しかし、このシステムでは、冷房を行うことができない。又、このシステムは、家庭用の暖房システムであり、車両用ではない。
【０００９】
そこで、本発明は、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成である車両用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】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１の発明は、潜熱変化によって熱交換を行う第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、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第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、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第３の冷媒が循環する第３循環経路を有する冷房用循環装置とを備え、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２循環経路内に配置され、第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ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、前記第３循環経路内に配置され、前記膨張手段で膨張された第１の冷媒が第３の冷媒の熱を吸熱するエバポレータとが設けられ、第２循環経路には、第２の冷媒を循環させるポンプと、第２の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風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３循環経路には、第３の冷媒を循環させるポンプと、第３の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風を冷却する冷却器とが設けられたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用空気調和システムであって、放熱器をバイパスする放熱器バイパス流路と、第２の冷媒を放熱器又は放熱器バイパス流路へと流すように流路を切り換える流路切換弁とが設けられたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和システムであって、第２循環経路に、第２の冷媒を加熱するヒータが設けられたことを特徴とする。
【００１３】
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車両用空気調和システムであって、コンプレッサは、電動コンプレッサであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、第１の冷媒は、二酸化炭素若しくは可燃性冷媒であることを特徴とする。
【００１５】
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車両用空気調和システムであって、冷房モードでは、アイドルストップ時には前記第３循環経路のポンプを作動させたことを特徴とする。
【００１６】
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車両用空気調和システムであって、暖房モードでは、アイドルストップ時には第２循環経路のポンプを作動させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、ヒートポンプ式冷房装置の第１の冷媒は、暖房運転と冷房運転に係わらず第１循環経路を一定の経路で循環させれば良いため、ヒートポンプ式冷房装置の構成が簡単で良い。又、暖房用循環装置もコンデンサから熱を受ける第２の冷媒をヒータコアと放熱器を通る経路で循環させる構成であれば良い。冷房用循環装置もエバポレータで吸熱された第３の冷媒を冷却器を通る経路で循環させる構成であれば良い。そして、冷房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置のコンデンサの熱は、暖房用循環装置の放熱器で車室外空気に放熱し、ヒートポンプ式冷房装置のエバポレータによって第３の冷媒を冷却して冷房用循環装置の冷却器で冷風を作り、暖房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置のコンデンサの熱によって第２の冷媒を加熱して暖房用循環装置のヒータコアで温風を作ることができ、冷房と暖房ができる。以上より、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００１８】
また、高圧となる第１の冷媒が通るコンデンサ及びエバポレータは、車室内への送風路内に配置する必要がなく、車室内への送風路には顕熱変化のみする第２及び第３の冷媒が通るヒータコア及び冷却器を配置するため、安全性が向上する。
【００１９】
また、コンデンサ及びエバポレータ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２を小型化することができる。
【００２０】
更に、第２及び第３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。
【００２１】
請求項２の発明によれば、暖房モードでは第２の冷媒を放熱器にバイパスさせて流すことにより無駄な放熱を防止でき、冷房モードでは第２の冷媒を放熱器に通すことにより不要な熱を車室外に放熱できるため、暖房性能と冷房性能の悪化を防止できる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、暖房運転時はヒートポンプ式冷房装置において生じた熱とヒータによって発生させた熱とを併用して車室内に導く送風を加熱することができるため、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、コンプレッサは、エンジンより動力を得る必要がないため、ヒートポンプ式冷房装置をエンジンの配置位置を配慮することなく自由にレイアウトできる。これにより、ヒートポンプ式冷房装置の第１循環経路がコンパクト化できるため、更に冷媒配管を短く、通路抵抗を下げることができる。また、レイアウト性が向上する。
【００２４】
請求項５の発明によれば、第１の冷媒が通るコンデンサ及びエバポレータは、車室内への送風路内に配置する必要がないため、第１の冷媒として二酸化炭素や可燃性冷媒を用いても安全性を確保できる。その上、二酸化炭素は、極低温状態でも飽和圧力が高く、その分第１の冷媒の流量をより確実に確保することができる。従って、冷媒循環量の減少による暖房性能の低下を極力防止でき、コンプレッサへのオイル戻り量の減少によるコンプレッサの動作不良を防止できる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサの駆動も停止される場合でも、第３の冷媒が冷却器を流れ、第３の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を冷却できる。従って、アイドルストップ時でも冷房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサの双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ冷房運転が可能である。
【００２６】
請求項７の発明によれば、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサの駆動も停止される場合でも、第２の冷媒がヒータコアを流れ、第２の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を加熱できる。従って、アイドルストップ時でも暖房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサ２の双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ暖房運転が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
（実施形態）
図１〜図６は発明の一実施形態を示し、図１は車両用空気調和システムの冷媒循環装置の構成図、図２は車両用空気調和システムの空調ユニットの詳細構成図、図３は暖房モードの冷媒循環状態を示す図、図４は冷房モードの冷媒循環状態を示す図、図５は暖房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図、図６は冷房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図である。
【００２９】
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と冷房用循環装置Ｃとが組み合わされた冷媒循環装置と、暖房用循環装置Ｂのヒータコア１２及び冷房用循環装置Ｃの冷却器２３が収容された空調ユニット４０とを備えている。
【００３０】
ヒートポンプ式冷房装置Ａは、第１の冷媒としての二酸化炭素が封入された第１循環経路１を有し、この第１循環経路１中に、コンプレッサ２，コンデンサである水冷コンデンサ３、膨張手段である膨張弁５、エバポレータである水冷エバポレータ６及びアキュームレータ７を順に備えて構成される。
【００３１】
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。コンプレッサ２は、エンジンから動力を受けることによって回転し、エンジンがストップするとコンプレッサ２も停止される。そして、エンジンは、アイドリング時には停止し、アクセルを踏むと再び駆動を開始する、いわゆるアイドリングストップを行うよう構成されている。
【００３２】
水冷コンデンサ３は、下記する第２循環経路８中の機器収容室１５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の冷媒と第２の冷媒が熱交換する。水冷コンデンサ３内を流れる第１の冷媒は高温であるため、第２の冷媒との熱交換によって冷却され、第２の冷媒は第１の冷媒によって加熱される。
【００３３】
膨張弁５は、水冷コンデンサ３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水冷エバポレータ６へと送出する。
【００３４】
水冷エバポレータ６は、下記する第３循環経路２０中の機器収容室内に配置されており、膨張弁５から送出された第１の冷媒と第３の冷媒が熱交換する。水冷エバポレータ６内を流れる第１の冷媒は低圧であるため、第３の冷媒との熱交換によって吸熱し、第３の冷媒は冷却される。
【００３５】
アキュームレータ７は、水冷エバポレータ６から送出された第１の冷媒を気液分離して気相状態の第１の冷媒のみをコンプレッサ２に送出し、液相状態の第１の冷媒を一時的に貯留する。
【００３６】
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８を有し、この第２循環経路８中に、ポンプ９、放熱器１０、機器収容室１５及びヒータコア１２が順に設けられている。機器収容室１５は、第２循環経路８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１１が収納されている。
【００３７】
ポンプ９は、第２の冷媒を第２循環経路８内に循環させるため、吸入した第２の冷媒を加圧して圧送する。ポンプ９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８内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００３８】
放熱器１０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。
【００３９】
電気ヒータ１１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。
【００４０】
ヒータコア１２は、下記するように空調ユニット４０内に配置されている。そして、第２の冷媒とヒータコア１２を通過する送風とを熱交換させることで、ヒータコア１２を通過する送風を加熱する。ヒータコア１２の空調ユニット４０内の具体的な配置位置については、下記に詳述する。
【００４１】
第２循環経路８には、放熱器１０をバイパスする放熱器バイパス流路１３が設けられ、放熱器バイパス流路１３の上流側に設けられた流路切換弁１４を切り換えることで、第２の冷媒の流れを放熱器１０側又は放熱器バイパス流路１３側へと切り換えることができる。
【００４２】
冷房用循環装置Ｃ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３循環経路２０を有し、この第３循環経路２０中に、ポンプ２１、機器収容室２２及び冷却器２３がこの順で設けられている。機器収容室２２は、第３循環経路２０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エバポレータ６が収納されている。
【００４３】
ポンプ２１は、第３の冷媒を第３循環経路２０内に循環させるため、吸入した第３の冷媒を加圧して圧送する。ポンプ２１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３循環経路２０内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００４４】
冷却器２３は、下記するように空調ユニット４０内に配置されている。そして、第３の冷媒と冷却器２３を通過する送風とを熱交換させることで、冷却器２３を通過する送風を冷却する。冷却器２３の空調ユニット４０内の具体的な配置位置については、下記に詳述する。
【００４５】
次に、車両用空気調和システムの空調ユニット４０の構成を説明する。図２に示すように、空調ユニット４０内にはブロアファン４１が設けられ、内気又は外気を空調ユニット４０内に取り込み、取り込んだ送風を車室内に送風する。空調ユニット４０内の送風路の一部は、仕切板４２によって平行する２つの流路４３，４４に分離され、一方の流路４３には前記した冷却器２３、他方の流路４４にはヒータコア１２が互いに並列に設けられている。これにより、空調ユニット４０に吸入された送風のうち流路４３へ流れる送風は冷却器２３によって冷却され、流路４４へ流れる送風はヒータコア１２によって加熱される。
【００４６】
混合手段であるミックスドア４５は、仕切板４２の下流端に設けられている。ミックスドア４５は、冷却器２３側の流路４３又はヒータコア１２側の流路４４を閉塞可能なドアである。空調ユニット４０の側面の一部には、空調ユニット４０と車室外、例えばエンジンルームとを連通させる排気ドア４６が設けられ、ミックスドア４５が冷却器２３側の流路４３を閉塞するとき、排気ドア４６が開いて冷却器２３によって冷却された送風を車室外へ排出させる。空調ユニット４０の下流端には空調ユニット４０と車室内とを連通させる複数の吹出しドア４７ａ〜４７ｃが設けられ、開放する吹出しドア４７ａ〜４７ｃの組み合わせを変えることで送風を車室内の所望の位置へ吹き出させることができる。
【００４７】
次に、本実施形態における車両用空調システムの暖房運転及び冷房運転における動作について説明する。
【００４８】
暖房モードが選択されると、図３に示すように、アイドリング時でないことを条件として、ヒートポンプ式冷房装置Ａのコンプレッサ２、暖房用循環装置Ｂのポンプ９、冷房用循環装置Ｃのポンプ２１が共に駆動される。流路切換弁１４は第２の冷媒が放熱器バイパス流路１３側に流れる切替え位置とされる。
【００４９】
第１の冷媒は、第１循環経路１を一定の経路で循環し、水冷コンデンサ３を流れる高温の第１の冷媒によって第２の冷媒は加熱される。水冷コンデンサ３によって加熱されて高温となった第２の冷媒がヒータコア１２内を流れることでヒータコア１２を通過する送風が加熱される。また、水冷エバポレータ６内を流れる第１の冷媒によって第３の冷媒は冷却される。水冷エバポレータ６で冷却されて低温となった第３の冷媒が冷却器２３内を流れることで冷却器２３を通過する送風が冷却される。
【００５０】
空調ユニット４０は、図５に示すように、ミックスドア４５が第１の流路４３を閉塞する位置に、排気ドア４６が開放位置に、複数の吹出しドア４７ａ〜４７ｃの少なくとも１つ、例えばフットドア４７ｃが開放位置に位置される。従って、第１の流路４３を流れる送風は、冷却器２３を通過する際に冷風とされるが、この冷風は車室内には流入せずエンジンルームに排出される。第２の流路４４を流れる送風は、ヒータコア１２を通過する際に温風とされ、この温風がフットドア４７ｃより車室内に吹き出される。これによって、車室内が暖房される。
【００５１】
この暖房運転時にあって、アイドルストップ時には、第１循環経路１のコンプレッサ２が停止されると共に第３循環経路２０のポンプ２１も停止されるが、第２循環経路８のポンプ９は停止されることなく駆動し続けられる。そのため、アイドルストップ時でも、第２の冷媒はヒータコア１２を流れ、第２の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風が加熱される。従って、アイドルストップ時でも暖房性能の低下を極力防止できる。
【００５２】
この暖房運転時にあって、電気ヒータ１１をオンすれば、水冷コンデンサ３によって加熱された第２の冷媒は更に加熱されるため、強力な暖房性能が得られる。
【００５３】
冷房モードが選択されると、図４に示すように、アイドリング時でないことを条件として、ヒートポンプ式冷房装置Ａのコンプレッサ２、暖房用循環装置Ｂのポンプ９、冷房用循環装置Ｃのポンプ２１が共に駆動される。流路切換弁１４は、第２の冷媒が放熱器１０側に流れる切替位置とされる。
【００５４】
第１の冷媒は、第１循環経路１を一定の経路で循環し、水冷コンデンサ３を流れる高温の第１の冷媒によって第２の冷媒は加熱される。水冷コンデンサ３によって加熱されて高温となった第２の冷媒が放熱器１０内を流れることで車室外に放熱される。第２の冷媒は、ヒータコア１２内も流れるが、ヒータコア１２では下記する理由によってほとんど放熱されない。また、水冷エバポレータ６内を流れる第１の冷媒によって第３の冷媒は冷却される。水冷エバポレータ６で冷却されて低温となった第３の冷媒が冷却器２３内を流れることで冷却器２３を通過する送風が冷却される。
【００５５】
空調ユニット４０は、図６に示すように、ミックスドア４５が第２の流路４４を閉塞する位置に、排気ドア４６が閉塞位置に、複数の吹出しドア４７ａ〜４７ｃの少なくとも１つ、例えばデフドア４７ａが開放位置に位置される。従って、第２の流路４４を流れる送風は、ミックスドア４５で流れが停止されるため、ヒータコア１２は加熱器として機能せず、温風が得られない。第１の流路４３を流れる送風は、冷却器２３を通過する際に冷風とされ、この冷風がデフドア４７ａより車室内に吹き出される。これによって、車室内が冷房される。
【００５６】
この冷房運転時にあって、アイドルストップ時には、第１循環経路１のコンプレッサ２が停止されると共に第２循環経路８のポンプ９も停止されるが、第３循環経路２０のポンプ２１は停止されることなく駆動し続けられる。そのため、アイドルストップ時でも、第３の冷媒は冷却器２３を流れ、第３の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風が冷却される。従って、アイドルストップ時でも冷房性能の低下を極力防止できる。
【００５７】
以上、説明したように、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、暖房運転と冷房運転に係わらず第１循環経路１を一定の経路で循環させれば良いため、ヒートポンプ式冷房装置Ａの構成が簡単で良い。又、暖房用循環装置Ｂも水冷コンデンサ３から熱を受ける第２の冷媒をヒータコア１２と放熱器１０を通る経路で循環させる構成であれば良い。冷房用循環装置Ｃも水冷エバポレータ６で吸熱された第３の冷媒を冷却器２３を通る経路で循環させる構成であれば良い。そして、冷房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置Ａの水冷コンデンサ３の熱は、暖房用循環装置Ｂの放熱器１０で車室外空気に放熱し、ヒートポンプ式冷房装置Ａの水冷エバポレータ６によって第３の冷媒を冷却して冷房用循環装置Ｃの冷却器２３で冷風を作り、暖房モードでは、ヒートポンプ式冷房装置Ａの水冷コンデンサ３の熱によって第２の冷媒を加熱して暖房用循環装置Ｂのヒータコア１２で温風を作ることができ、冷房と暖房ができる。以上より、ヒートポンプ式冷房装置Ａを用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置Ａの構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００５８】
また、高圧となる第１の冷媒が通る水冷コンデンサ３及び水冷エバポレータ６は、車室内への送風路内に配置する必要がなく、空調ユニット４０内には顕熱変化のみする第２及び第３の冷媒が通るヒータコア１２及び冷却器２３を配置するため、安全性が向上する。
【００５９】
また、水冷コンデンサ３及び水冷エバポレータ６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。
【００６０】
更に、第２循環経路８及び第３循環経路２０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。
【００６１】
この実施形態では、放熱器１０をバイパスする放熱器バイパス流路１３と、第２の冷媒を放熱器１０又は放熱器バイパス流路１３へと流すように流路を切り換える流路切換弁１４とが設けられている。従って、暖房モードでは第２の冷媒を放熱器１０にバイパスさせて流すことにより無駄な放熱を防止でき、冷房モードでは第２の冷媒を放熱器１０に通すことにより不要な熱を車室外に放熱できるため、暖房性能と冷房性能の悪化を防止できる。
【００６２】
この実施形態では、第２循環経路８に、第２の冷媒を加熱する電気ヒータ１１が設けられている。従って、暖房運転時はヒートポンプ式冷房装置Ａにおいて生じた熱と電気ヒータ１１によって発生させた熱とを併用して車室内に導く送風を加熱することができるため、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができる。
【００６３】
また、第１の冷媒が通る水冷コンデンサ３及び水冷エバポレータ６は、車室内への送風路内に配置する必要がないため、第１の冷媒として二酸化炭素や可燃性冷媒を用いても安全性を確保できる。その上、二酸化炭素は、極低温状態でも飽和圧力が高く、その分第１の冷媒の流量をより確実に確保することができる。従って、冷媒循環量の減少による暖房性能の低下を極力防止でき、コンプレッサ２へのオイル戻り量の減少によるコンプレッサ２の動作不良を防止できる。
【００６４】
この実施形態では、冷房モードでは、アイドルストップ時には第３循環経路２０のポンプ２１を作動するよう構成されている。従って、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサ２も駆動が停止される場合でも、第３の冷媒が冷却器２３内を流れ、第３の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を冷却できる。従って、アイドルストップ時でも冷房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサ２の双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ冷房運転が可能である。
【００６５】
この実施形態では、暖房モードでは、アイドルストップ時には第２循環経路８のポンプ９を作動するよう構成されている。従って、アイドリング時になるとエンジンが停止され、コンプレッサ２の駆動も停止される場合でも、第２の冷媒がヒータコア１２を流れ、第２の冷媒の熱マスによって車室内に導く送風を加熱できる。従って、アイドルストップ時でも暖房性能の低下を極力防止できる。又、エンジンとコンプレッサ２の双方が停止されるため、低騒音化を図りつつ暖房運転が可能である。
【００６６】
本実施形態では、水冷コンデンサ３は電気ヒータ１１の上流側に配置されるので、表面温度が電気ヒータ１１より低い水冷コンデンサ３が電気ヒータ１１より先に第２の冷媒と熱交換を行うこととなり、水冷コンデンサ３と第２の冷媒との温度差を極力大きくとることができ、水冷コンデンサ３における熱交換効率を向上させることができる。
【００６７】
本実施形態では、暖房運転時、ミックスドア４５によってエバポレータ６側の流路４３を閉塞して排気ドア４６を開放することで冷却器２３を通過した冷風を空調ユニット４０から車室外へと排出するので、冷風がヒータコア１２によって加熱された温風と混ざることを防止して暖房性能をさらに向上させることができる。
【００６８】
本実施形態では、冷却器２３を通過した冷風とヒータコア１２を通過した温風とをミックスドア４５の開度を変えることで所定の割合で混合させることができるので、搭乗者の設定温度や外気に基づいて空調風の吹き出し温度を所望の温度に設定することができる。
【００６９】
（変形例）
前記実施形態では、コンプレッサ２は、エンジンからの動力によって駆動するものであったが、変形例としてコンプレッサ２を電動コンプレッサにて構成しても良い。他の構成は前期実施形態と同様である。
【００７０】
コンプレッサを電動コンプレッサとした場合には、エンジンより動力を得る必要がないため、ヒートポンプ式冷房装置Ａをエンジンの配置位置を配慮することなく自由にレイアウトできる。これにより、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１循環経路１がコンパクト化できるため、レイアウト性が向上する。又、通路抵抗の低減にも寄与する。
【００７１】
また、エンジンがアイドリング時に停止するものにあって、アイドリング時に省電力化のために電動コンプレッサの駆動も停止する構成とする場合が考えられる。この場合にも、前記実施形態と同様に、冷房モードには第３循環経路２０のポンプ２１を作動させ、暖房モードには第２循環経路８のポンプ９を作動させるよう構成する。このように構成することによって、アイドルストップ時でも冷房性能及び暖房性能の低下を極力防止できる。
【００７２】
（その他）
前記実施形態では、ヒータとして電気ヒータ１１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。
【００７３】
前記実施形態では、第１の冷媒として二酸化炭素を、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】
【００７４】
【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冷媒循環装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの空調ユニットの詳細構成図である。
【図３】本発明の一実施形態を示し、暖房モードの冷媒循環状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を示し、冷房モードの冷媒循環状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態を示し、暖房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を示し、冷房モードにおける空調ユニットの各ドア位置及び送風流れの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ ヒートポンプ式冷房装置
Ｂ 暖房用循環装置
Ｃ 冷房用循環装置
１ 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 水冷エバポレータ（エバポレータ）
８ 第２循環経路
９ ポンプ
１０ 放熱器
１１ 電気ヒータ（ヒータ）
１２ ヒータコア
１３ 放熱器バイパス流路
１４ 流路切換弁
２０ 第３循環経路
２１ ポンプ
２３ 冷却器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱変化によって熱交換を行う第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、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第２の冷媒が循環する第２循環経路（８）を有する暖房用循環装置（Ｂ）と、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第３の冷媒が循環する第３循環経路（２０）を有する冷房用循環装置（Ｃ）とを備え、
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、前記第２循環経路（８）内に配置され、第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ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、前記第３循環経路（２０）内に配置され、前記膨張手段（５）で膨張された第１の冷媒が第３の冷媒の熱を吸熱するエバポレータ（６）とが設けられ、
前記第２循環経路（８）には、第２の冷媒を循環させるポンプ（９）と、第２の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風を加熱するヒータコア（１２）と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器（１０）とが設けられ、
前記第３循環経路（２０）には、第３の冷媒を循環させるポンプ（２１）と、第３の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風を冷却する冷却器（２３）とが設けられたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空気調和システムであって、
前記放熱器（１０）をバイパスする放熱器バイパス流路（１３）と、第２の冷媒を前記放熱器（１０）又は前記放熱器バイパス流路（１３）へと流すように流路を切り換える流路切換弁（１４）とが設けられたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和システムであって、
前記第２循環経路（８）に、第２の冷媒を加熱するヒータ（１１）が設けられたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
前記コンプレッサ（２）は、電動コンプレッサであることを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
第１の冷媒は、二酸化炭素若しくは可燃性冷媒であることを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
冷房モードでは、アイドルストップ時には前記第３循環経路（２０）の前記ポンプ（２１）を作動させたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
暖房モードでは、アイドルストップ時には前記第２循環経路（８）の前記ポンプ（９）を作動させたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項１】
潜熱変化によって熱交換を行う第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、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第２の冷媒が循環する第２循環経路（８）を有する暖房用循環装置（Ｂ）と、流体で、且つ、顕熱変化によって熱交換を行う第３の冷媒が循環する第３循環経路（２０）を有する冷房用循環装置（Ｃ）とを備え、
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、前記第２循環経路（８）内に配置され、第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ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、前記第３循環経路（２０）内に配置され、前記膨張手段（５）で膨張された第１の冷媒が第３の冷媒の熱を吸熱するエバポレータ（６）とが設けられ、
前記第２循環経路（８）には、第２の冷媒を循環させるポンプ（９）と、第２の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風を加熱するヒータコア（１２）と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器（１０）とが設けられ、
前記第３循環経路（２０）には、第３の冷媒を循環させるポンプ（２１）と、第３の冷媒と車室内に導く送風との間で熱交換させて送風を冷却する冷却器（２３）とが設けられたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空気調和システムであって、
前記放熱器（１０）をバイパスする放熱器バイパス流路（１３）と、第２の冷媒を前記放熱器（１０）又は前記放熱器バイパス流路（１３）へと流すように流路を切り換える流路切換弁（１４）とが設けられたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和システムであって、
前記第２循環経路（８）に、第２の冷媒を加熱するヒータ（１１）が設けられたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
前記コンプレッサ（２）は、電動コンプレッサであることを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
第１の冷媒は、二酸化炭素若しくは可燃性冷媒であることを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
冷房モードでは、アイドルストップ時には前記第３循環経路（２０）の前記ポンプ（２１）を作動させたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車両用空気調和システムであって、
暖房モードでは、アイドルストップ時には前記第２循環経路（８）の前記ポンプ（９）を作動させたことを特徴とする車両用空気調和システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２９４９（Ｐ２０１０−１２９４９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７５０２１（Ｐ２００８−１７５０２１）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【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２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【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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