車両用空調システム
【課題】冷暖房運転時の効率を低下させることがない車両用空調システムを提供する。
【解決手段】コンデンサユニット２０は、空調用空気と冷媒体とで熱交換を行う凝縮部２１と、凝縮部２１から導出された冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部２２と、冷媒体タンク部２２から導出された冷媒体と空調用空気とで熱交換を行う過冷却部２３と、を備えている。暖房運転時に、コンデンサユニット２０の過冷却部２３に空調用空気Ａを導入することにより、過冷却部２３での放熱を空調用空気Ａに利用することができ、熱変換効率を向上できる。
【解決手段】コンデンサユニット２０は、空調用空気と冷媒体とで熱交換を行う凝縮部２１と、凝縮部２１から導出された冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部２２と、冷媒体タンク部２２から導出された冷媒体と空調用空気とで熱交換を行う過冷却部２３と、を備えている。暖房運転時に、コンデンサユニット２０の過冷却部２３に空調用空気Ａを導入することにより、過冷却部２３での放熱を空調用空気Ａに利用することができ、熱変換効率を向上できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式の車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的排熱の少ない燃料電池自動車、電気自動車などでは、それに対応した種々の車両用空調システムが提案されている。例えば、特許文献１では、暖房時に凝縮器（ヒータ）からの冷媒が流入して気液分離を行うレシーバと、レシーバからの液冷媒を外気と熱交換して過冷却する過冷却器とを備えた車両用空調装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３５６４号公報（段落００２２、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の車両用空調装置では、外気通風路にのみ過冷却器を設置するためスペースが大きくなり、配管の取り回しが複雑になり、組付け性が悪くなるなどという問題があった。
【０００５】
そこで、外気と熱交換を行う室外の熱交換器（いわゆる、ラジエータ）にレシーバおよび過冷却器を設置して、設置スペース、配管の取り回しおよび組付け性を向上した技術が提案されている。しかし、室外の熱交換器にレシーバおよび過冷却器を配置すると、暖房時に過冷却部を通過した外気が無駄に捨てられることになり、熱変換効率が損なわれるという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、熱変換効率をさらに向上させることができる車両用空調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、冷媒体を吸入して圧縮するコンプレッサと、内部に前記冷媒体を通流し、前記冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサと、前記コンプレッサから吐出された前記冷媒体と車室内に導入される空調用空気とで熱交換を行うコンデンサユニットと、前記コンデンサユニットまたは前記コンデンサから導出された前記冷媒体を減圧する第１減圧手段と、前記第１減圧手段の下流側に配置され、車外に排出される熱源と前記冷媒体とで熱交換を行う第１エバポレータと、暖房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路と冷房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路とを切り換える冷暖切換手段と、前記冷暖切換手段を制御する制御装置と、を備え、前記コンデンサユニットは、前記空調用空気と前記冷媒体とで熱交換を行う凝縮部と、前記凝縮部から導出された前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部と、前記冷媒体タンク部から導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う過冷却部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、車室内に導入される空調用空気と熱交換を行う凝縮部（いわゆるヒータ）に、冷媒体タンク部および過冷却部（いわゆるサブクール部）を配置したので、暖房運転時における過冷却部での放熱を空調用空気に利用することができ、暖房運転時における熱変換効率をさらに高めることが可能になる。
【０００９】
また、凝縮部に冷媒体タンク部および過冷却部を配置したので、冷房運転時において液冷媒が過剰に生じるのを防止できる。このように、液冷媒の量が適正化するので、液冷媒の過多による冷房効率の低下を防止できる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記第１エバポレータから導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う第２エバポレータを備えることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、第１エバポレータで吸熱すると同時に第２エバポレータに流入する冷媒体の吸熱によって空調用空気が冷却されるので、外気から取り込まれた空気に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施される。よって、第２エバポレータでの凍結を抑制した運転においても十分に吸熱が可能となるため、暖房能力を維持でき、かつ除湿も可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記コンデンサユニットは、熱交換される前記空調用空気の流れに対し、少なくとも前記過冷却部を上流側に、前記凝縮部を下流側に配置したことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、凝縮部よりも過冷却部に対して、より冷えた空気が流れるので冷媒体を過冷却する際の効率を高めることが可能になる。よって、冷媒体をしっかりと液体にすることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記冷暖切換手段は、前記第１エバポレータを迂回する第１エバポレータ迂回手段と、前記第２エバポレータを迂回する第２エバポレータ迂回手段と、前記コンデンサに前記冷媒体が流れるのを遮断するコンデンサ遮断手段と、前記冷媒体タンク部および前記過冷却部を迂回する過冷却部迂回手段と、前記コンデンサユニットに前記空調用空気を通過または遮断させるエアダンパと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
これによれば、暖房運転時には、コンデンサ遮断手段によりコンデンサユニットからコンデンサへの冷媒体の通流が遮断され、第２エバポレータ迂回手段により冷媒体が第２エバポレータを迂回するように通流され、エアダンパを開放して空調用空気がコンデンサユニットを通過するように通流される。なお、暖房運転時に、冷媒体を第２エバポレータに通流させることで、除湿暖房が可能になる。
【００１６】
一方、冷房運転時には、過冷却迂回手段により冷媒体が冷媒体タンク部および過冷却部を迂回するように通流され、第１エバポレータ迂回手段により冷媒体が第１エバポレータを迂回するように通流され、エアダンパを閉じて空調用空気がコンデンサユニットを通過しないように通流される。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記過冷却部の下流であって前記第１減圧手段の上流に、第２減圧手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
これによれば、暖房運転時には第２減圧手段と第１減圧手段を使用し、冷房運転時には第１減圧手段のみを使用するため、暖房運転と冷房運転をそれぞれで最適な設定が可能となる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、前記コンデンサの出口から前記コンプレッサの吸入口に向けた冷媒体回収路を備え、前記冷媒体回収路は、暖房運転時に開かれ、冷房運転時に閉じられることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、例えば冷房から暖房に切り替えたときに、コンデンサに残留している冷媒体（液冷媒）を、コンプレッサの吸入口側が負圧になることによって、冷媒回収路を介して吸引して、冷媒体を有効に利用することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部に替えて、前記過冷却部に入りきらない液状の冷媒体をタンクの許容量まで貯留し続け、タンク内が液状の冷媒体で一杯になった後に前記凝縮部まで浸入するように構成した冷媒体用タンク部としたことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、冷媒体タンク部を簡素化および低コスト化することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、前記過冷却部迂回手段と、前記コンデンサ遮断手段とは、三方弁により構成されていることを特徴とする。
【００２４】
これによれば、弁の設置個数を削減できるので、システムを小型化することができる。
【００２５】
請求項９に係る発明は、前記コンデンサユニットの冷媒体タンク部は、このコンデンサユニットから分離されて車室内に配置されていることを特徴とする。
【００２６】
これによれば、コンデンサユニットの凝縮部に隣接して配置することができない場合にも対応できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、熱変換効率をさらに向上させることができる車両用空調システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る車両用空調システムを車両側方から見たときの暖房運転時の空気の流れを示す全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る車両用空調システムを車両側方から見たときの冷房運転時の空気の流れを示す全体構成図である。
【図３】コンデンサユニットの凝縮部と過冷却部とを分解した状態を示す斜視図である。
【図４】コンデンサユニットの全体を組み合わせた状態を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態に係る車両用空調システムの暖房運転時の冷媒体の流れを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はコンデンサユニットを底側から見上げたときの概略図である。
【図６】第１実施形態に係る車両用空調システムの暖房運転時のモリエル線図上に示されたサイクル図である。
【図７】第１実施形態に係る車両用空調システムの冷房運転時の冷媒体の流れを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はコンデンサユニットを底側から見上げたときの概略図である。
【図８】第１実施形態に係る車両用空調システムの冷房運転時のモリエル線図上に示されたサイクル図である。
【図９】第１実施形態に係る車両用空調システムの除湿暖房運転時の冷媒体の流れを示す全体構成図である。
【図１０】第２実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１１】第３実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１２】第４実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１３】第５実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１４】第５実施形態に係る車両用空調システムの変形例を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１および図２に示す車両用空調システム１Ａ〜１Ｆは、車両Ｖに適用した場合の熱交換器等の位置、暖房運転時（図１）や冷房運転時（図２）における外気および空調用空気Ａの流れを示している。また、本実施形態の車両用空調システム１Ａ〜１Ｆは、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、燃料電池車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）だけではなく、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：HybridElectric Vehicle）などにも適用することができる。
【００３０】
（第１実施形態）
図１および図２に示すように、第１実施形態の車両用空調システム１Ａは、コンプレッサ１０と、コンデンサユニット２０と、コンデンサ３０と、自動膨張弁（第１減圧手段）４０と、第１エバポレータ５０と、第２エバポレータ６０と、冷暖切換手段７０と、ＥＣＵ（制御装置）８０と、を含んで構成されている。
【００３１】
コンプレッサ１０の冷媒体の吐出口１０ｂは、配管ａ１を介して、コンデンサユニット２０に設けられた凝縮部２１の冷媒体の入口２１ａ１と接続され、凝縮部２１の冷媒体の出口２１ａ２は、電磁弁Ｖ１を備えた配管ａ２を介してコンデンサ３０の冷媒体の入口３０ａと接続されている。なお、電磁弁Ｖ１は、本実施形態に係るコンデンサ遮断手段に相当する。
【００３２】
コンデンサ３０の冷媒体の出口３０ｂは、逆止弁Ｖ２を備えた配管ａ３を介して自動膨張弁４０の減圧側の入口４０ａと接続されている。自動膨張弁４０の減圧側の出口４０ｂは、配管ａ４を介して第１エバポレータ５０の冷媒体の入口５０ａと接続されている。なお、逆止弁Ｖ２は、コンデンサ３０から自動膨張弁４０への冷媒体の流れのみを許容する弁である。
【００３３】
第１エバポレータ５０の冷媒体の出口５０ｂは、配管ａ５を介して第２エバポレータ６０の冷媒体の入口６０ａと接続されている。第２エバポレータ６０の冷媒体の出口６０ｂは、配管ａ６を介して自動膨張弁４０の温度検出側の入口４０ｃと接続されている。自動膨張弁４０の温度検出側の出口４０ｄは、配管ａ７を介してコンプレッサ１０の冷媒体の吸入口１０ａと接続されている。
【００３４】
コンデンサユニット２０に設けられた過冷却部２３の出口２３ａ２は、上流側から順に電磁弁Ｖ３、中間絞り（第２減圧手段）Ｓ、逆止弁Ｖ４を備えた配管ａ８を介して、逆止弁Ｖ２と自動膨張弁４０との間の配管ａ３に合流するように接続されている。中間絞りＳは、冷媒体に圧力損失を付与する圧力損失部であり、キャピラリなどで構成することができる。
【００３５】
なお、逆止弁Ｖ４は、過冷却部２３から自動膨張弁４０への冷媒体の流れのみを許容する弁で構成されている。また、電磁弁Ｖ３は、本実施形態における過冷却部迂回手段に相当する。また、中間絞りＳの流路抵抗がコンデンサ３０の流路抵抗よりも十分に大きい場合は、電磁弁Ｖ３と逆止弁Ｖ４とを設置しなくてもよい。
【００３６】
コンデンサ３０の出口３０ｂと逆止弁Ｖ２との間の配管ａ３には、上流側から順に電磁弁Ｖ５、逆止弁Ｖ６を備えた配管（冷媒体回収路）ａ９を介して、配管ａ７に合流するように接続されている。なお、逆止弁Ｖ６は、配管ａ３側から配管ａ７側への冷媒体の流れのみを許容する弁である。
【００３７】
配管ａ４と配管ａ５との間には、第１エバポレータ迂回手段として機能する、電磁弁Ｖ７を備えた配管ａ１０が接続されている。
【００３８】
配管ａ５と配管ａ６との間には、第２エバポレータ迂回手段として機能する、電磁弁Ｖ８を備えた配管ａ１１が接続されている。
【００３９】
コンプレッサ１０は、モータ（またはエンジン）などによって駆動され、冷媒体を吸入、圧縮して、コンデンサユニット２０に向けて高温・高圧の冷媒体を吐出するようになっている。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、コンデンサユニット２０は、コンプレッサ１０（図１参照）から吐出された冷媒体と車室内Ｃに導入される空調用空気Ａとで熱交換を行うものであり、凝縮部（ヒータともいう）２１、冷媒体タンク部２２および過冷却部２３を備えて構成されている。
【００４１】
凝縮部２１は、上下方向（鉛直方向）に伸長する複数本のチューブ２１ａ，２１ａ，・・・が等間隔に配列され、各チューブ２１ａ，２１ａ間にコルゲートタイプの放熱フィン２１ｂが設けられて構成されている。なお、チューブ２１ａおよび放熱フィン２１ｂは、熱伝導性（放熱性）の高い金属材料（アルミニウムや銅など）で形成されている。
【００４２】
また、凝縮部２１は、その上端部にコンプレッサ１０から吐出された冷媒体を各チューブ２１ａに分配する上部ヘッダ２１ｃと、その下端部に各チューブ２１ａを通過した冷媒体が集合する下部ヘッダ２１ｄと、を備えている。
【００４３】
冷媒体タンク部２２は、凝縮部２１および過冷却部２３の側部（幅方向のどちらか一方の側）に配置され（図４参照）、凝縮部２１によって液状化した冷媒体（液冷媒）と液化しきれなかった冷媒体（ガス冷媒）とを分離する機能（気液分離機能）を有している。
【００４４】
また、冷媒体タンク部２２は、筒形状を呈するタンク部２２ａを有し、このタンク部２２ａに導入された冷媒体に含まれる水分を除去するようになっていてもよい。本発明では、例えば、タンク部２２ａの内側の底部に乾燥剤が設けられ、この乾燥剤が水分除去の役割を果たしている。
【００４５】
また、冷媒体タンク部２２は、凝縮部２１の下部ヘッダ２１ｄとタンク導入配管２２ｂを介して接続され、過冷却部２３の入口２３ａ１とタンク導出配管２２ｃを介して接続されている。また、タンク導入配管２２ｂおよびタンク導出配管２２ｃは、いずれもタンク部２２ａの底面に接続されている。さらに、タンク導入配管２２ｂは、タンク部２２ａ内の空間を上方に所定長さまで延びている。この所定長さは、液冷媒が溜まったときに、液冷媒の液面がタンク導入配管２２ｂの先端（上端）よりも下側に位置するように設定されているほうがよりよい。
【００４６】
過冷却部２３は、冷媒体タンク部２２から導出された液状化した冷媒体と、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａとで熱交換を行うものであり、凝縮部２１の空調用空気Ａが通過する面に重ねて配置されている。すなわち、この過冷却部２３では、空調用空気Ａと熱交換を行い、液冷媒をさらに冷却して完全な液冷媒にする機能を有する。
【００４７】
また、過冷却部２３は、凝縮部２１と同様な材料で形成されたチューブ２３ａと、このチューブ２３ａを覆う放熱フィン２３ｂとで構成されている。チューブ２３ａは、水平方向に延び、凝縮部２１の両端部に対応する位置でＵ字状に折り返しながら下側から上側に向かって蛇行形状を呈している。放熱フィン２３ｂは、プレートタイプのフィンが複数枚平行に並べられて、蛇行しているチューブ２３ａを覆うように構成されている。なお、チューブ２３ａの一端の入口２３ａ１は、冷媒体タンク部２２とタンク導出配管２２ｃを介して接続されている。
【００４８】
また、過冷却部２３は、凝縮部２１と重ねられて、図４に示すように、空調用空気Ａが、先に過冷却部２３を通り、続いて凝縮部２１を通るように配置されている。
【００４９】
なお、凝縮部２１の放熱フィン２１ｂおよび過冷却部２３の放熱フィン２３ｂの形状は、空調用空気Ａが過冷却部２３と凝縮部２１の双方を通過できるものであれば特に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００５０】
このように構成されたコンデンサユニット２０では、暖房運転時に、コンプレッサ１０（図１参照）からの冷媒体が、凝縮部２１の上部ヘッダ２１ｃ、各チューブ２１ａ、下部ヘッダ２１ｄ、冷媒体タンク部２２、過冷却部２３を通ってコンデンサユニット２０から導出される。
【００５１】
図５に示すように、コンデンサ３０は、凝縮部３１とレシーバタンク３２とで構成され、車両Ｖの前端の空間内に配置され、凝縮部３１内を流れる冷媒体が、車両Ｖの前方から導入される外気と熱交換（放熱）を行うようになっている。凝縮部３１は、左右方向に伸長する複数本のチューブ（不図示）、およびチューブの周囲に配置される放熱フィン（不図示）などで構成されている。
【００５２】
レシーバタンク３２は、凝縮部３１の側部に配置され、例えば、前記した冷媒体タンク部２２と同様に、筒状に形成され、冷房運転時に凝縮部３１で液冷媒とガス冷媒とを分離する機能（気液分離機能）を有している。
【００５３】
自動膨張弁４０は、冷媒体の温度に応じて開度を変化させることができる機械式のものであり、後記する第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒体の温度と圧力を検知する手段（不図示）を有し、第１エバポレータ（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒体の温度と圧力に応じて、自動膨張弁４０の開度を変化させ、冷媒体の流量を変化させることができる。具体的には、第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒の圧力における蒸発温度に対し流出温度が高いほど、開度を大きくすることで、自動膨張弁４０から流出される冷媒量を増加させる。逆に、第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出された冷媒の温度が低いほど、開度を小さくすることにより、自動膨張弁４０から流出される冷媒量を減少させる。
【００５４】
第１エバポレータ５０は、内部を通流する冷媒体が車室内Ｃから排出される空調用空気Ａ（熱源）と熱交換を行うものであり、車両Ｖのトランクルーム（荷室Ｄ）など、空調用空気Ａが車外に排出される車両Ｖの後部に配置されている（図１参照）。すなわち、第１エバポレータ５０では、暖房運転時に、冷媒体を介して空調用空気Ａ（熱源）から熱を取り込むようになっている。熱源としては、空調用空気Ａに限定されるものではなく、車両Ｖの駆動部分（モータなど）からの排熱を利用してもよい。
【００５５】
第２エバポレータ６０は、車室内Ｃに配置され、冷媒体と空調用空気Ａとの間で熱交換を行うものであり、空調用空気Ａの流れに対してコンデンサユニット２０よりも上流側に配置されている。すなわち、除湿暖房運転時に、空調用空気Ａが第２エバポレータ６０、コンデンサユニット２０を通り（図１参照）、冷房運転時に、空調用空気Ａが第２エバポレータ６０を通るようになっている。
【００５６】
冷暖切換手段７０は、暖房運転時（除湿暖房運転時）の冷媒体および空調用空気Ａの流れと、冷房運転時の冷媒体および空調用空気Ａの流れとを切り換えるものであり、第１エバポレータ迂回手段と第２エバポレータ迂回手段とコンデンサ遮断手段と過冷却部迂回手段とともに、エアダンパ７１を含んで構成されている。
【００５７】
エアダンパ７１は、コンデンサユニット２０と第２エバポレータ６０との間の空間に配置され、暖房運転時には、エアダンパ７１が全開にされて、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａが、コンデンサユニット２０を通過するように流れが制御される（図１参照）。一方、冷房運転時には、エアダンパ７１が全閉にされて、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａが、第２エバポレータ６０のみを通過し、コンデンサユニット２０を通過しないように流れが制御される。また、暖房運転と冷房運転の中間が要求される際には、エアダンパ７１を途中位置に制御し、中間温度を得てもよい。
【００５８】
ＥＣＵ８０は、電磁弁Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ８を開閉制御するとともに、エアダンパ７１を開閉制御して、暖房運転時と冷房運転時のそれぞれの運転時における冷媒体の流れおよび空調用空気Ａの流れを制御する。
【００５９】
次に、第１実施形態の車両用空調システム１Ａの動作について図５ないし図９を参照して説明する。図５および図６は、暖房運転時を示し、電磁弁Ｖ１，Ｖ７が閉じた状態である。図７および図８は、冷房運転時を示し、電磁弁Ｖ３，Ｖ５，Ｖ８が閉じた状態である。図９は除湿暖房運転時を示し、電磁弁Ｖ１，Ｖ７，Ｖ８が閉じた状態である。なお、図５、図７および図９は、図１および図２とは熱交換器等の向きを変えた状態で図示している。まず、暖房運転時の動作について説明する。
【００６０】
（暖房運転時の動作）
図５に示すように、暖房運転時には、コンプレッサ１０が駆動されると、コンプレッサ１０の吸入口１０ａから吸入されて、吐出口１０ｂから吐出された冷媒体は、配管ａ１を介してコンデンサユニット２０に供給される。これにより、高温・高圧のガス冷媒（冷媒体）がコンデンサユニット２０に供給されることになる。
【００６１】
コンプレッサ１０から供給された熱い冷媒体は、コンデンサユニット２０の凝縮部２１に導入され、凝縮部２１内を上側から下側に向かって流れる際に車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと熱交換を行う。すなわち、冷媒体は、空調用空気Ａ（冷たい外気）によって冷却されることにより凝縮され、ガス冷媒から液冷媒となる。一方、空調用空気Ａは、高温、高圧のガス冷媒によって昇温する。
【００６２】
凝縮部２１から導出された液冷媒（冷媒体）は、タンク導入配管２２ｂを介して冷媒体タンク部２２に導入される。冷媒体タンク部２２では、冷媒体が気液分離、つまり、液冷媒がタンク部２２ａの下部に溜まり、凝縮部２１で液化しきれなかったガス冷媒がタンク部２２ａの上部に溜まる。冷媒体タンク部２２で気液分離された液冷媒は、タンク導出配管２２ｃを介して過冷却部２３に導入される。
【００６３】
過冷却部２３に導入された液冷媒は、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａ（冷たい外気）と熱交換を行う。過冷却部２３は、空調用空気Ａの流れに対して、凝縮部２１よりも上流側に位置しているので、冷えた空調用空気Ａによって冷媒体がさらに冷却され、冷媒体が完全な液冷媒となる。
【００６４】
過冷却部２３から導出された液冷媒は、中間絞りＳを通過することによって、液冷媒が減圧される。
【００６５】
中間絞りＳによって減圧された低温・低圧の液冷媒は、配管ａ８，ａ３を介して自動膨張弁４０に導入される。自動膨張弁４０によってさらに大きく減圧された冷媒体は、液体と気体とが混在した状態の冷媒体に変化して、第１エバポレータ５０に導入される。
【００６６】
第１エバポレータ５０では、車室内Ｃから荷室Ｄ（図１参照）に排出される空気用空気Ａと冷媒体とが熱交換を行う。すなわち、冷媒体が第１エバポレータ５０を通過する際には、空調用空気Ａが有している熱を吸収して冷媒体が昇温する。これにより、車室内Ｃの熱を有効に活用することができる。
【００６７】
第１エバポレータ５０から導出された冷媒体は、第２エバポレータ６０を迂回する配管ａ１１、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を通ってコンプレッサ１０に戻る。
【００６８】
このように車両用空調システム１Ａでは、図５（ｂ）に示すように、エアダンパ７１が全開に制御されることにより、車外から取り込んだ空調用空気Ａが、第２エバポレータ６０およびコンデンサユニット２０を通過する。第２エバポレータ６０では、冷媒体が迂回するので熱交換は行われず、コンデンサユニット２０では、過冷却部２３および凝縮部２１のそれぞれの放熱によって空調用空気Ａが加熱され、暖かい空気が車室内Ｃに導入される。
【００６９】
この暖房運転時の動作を図６の暖房サイクルを参照して説明する。まず、コンプレッサ１０によって冷媒体が圧縮されると、サイクル図のａ−ｂで示すように、冷媒体が高温・高圧のガス冷媒となる。そして、凝縮部２１に冷媒体が導入されると、サイクル図のｂ−ｃで示すように、ガス冷媒が凝縮されることで、ガス冷媒から気液混在の冷媒体に変化する。一方、空調用空気Ａは、凝縮する際に放出される熱によって昇温する。
【００７０】
そして、冷媒体タンク部２２に冷媒体が導入されると、冷媒体が液冷媒とガス冷媒とに分離される。そして、冷媒体タンク部２２から過冷却部２３に液冷媒が導入されると、サイクル図のｃ−ｄで示すように、さらに冷却（凝縮）されることで、完全な液冷媒となる。ちなみに、過冷却部２３により形成されるサイクル図のｃ−ｄの領域が、いわゆるサブクール領域（冷媒体を完全な液冷媒にする領域）Ｑである。
【００７１】
そして、サブクール領域Ｑで過冷却された液冷媒は、サイクル図のｄ−ｅで示すように、中間絞りＳによって減圧される。このように、中間絞りＳを設けることによって、冷房運転に適した設定の自動膨張弁４０を暖房運転にも利用することが可能になる。
【００７２】
さらに、凝縮部２１に導入する冷媒体を高温・高圧に高めるために、凝縮部２１を大きくできない分、サブクール領域Ｑを増加させることで対応し、暖房性能を向上させることが可能になる。
【００７３】
そして、中間絞りＳで減圧された冷媒体は、サイクル図のｅ−ｆで示すように、自動膨張弁４０によって、さらに減圧される。冷媒体が減圧されることによって、液冷媒が気体と液体とが混在した状態に変化する。
【００７４】
そして、自動膨張弁４０で減圧された冷媒体は、サイクル図のｆ−ａで示すように、第１エバポレータ５０によって、車外に排出される空調用空気Ａから吸熱される。よって、空調用空気Ａが有している熱を冷媒体に取り込むことができる。
【００７５】
なお、暖房運転時には、ＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ５が開弁されることで、配管ａ９を介してコンデンサ３０とコンプレッサ１０の吸入口１０ａとが連通する。これにより、コンプレッサ１０を作動させたときに吸入口１０ａに発生する吸引力（負圧）によって、レシーバタンク３２などのコンデンサ３０内に残留した冷媒体が、配管ａ９を介して吸引されるので、冷媒体不足を防止することができる。
【００７６】
（冷房運転時の動作）
図７（ａ）に示すように、冷房運転時には、コンプレッサ１０が駆動されると、コンプレッサ１０で圧縮された冷媒体は、配管ａ１を介してコンデンサユニット２０に供給される。これにより、高温・高圧のガス冷媒がコンデンサユニット２０に供給されることになる。
【００７７】
コンプレッサ１０から供給された冷媒体は、コンデンサユニット２０の凝縮部２１に導入されるが、エアダンパ７１が全閉状態に制御されているので、凝縮部２１内を冷媒体が流れても空調用空気Ａと熱交換を行うことはない。したがって、空調用空気Ａが高温・高圧の冷媒体によって加熱されることがない。また、ＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ１が開かれ、電磁弁Ｖ３が閉じられているので、凝縮部２１を通過した冷媒体は、冷媒体タンク部２２および過冷却部２３に流れることなく、配管ａ２を介してコンデンサ３０に導入される。
【００７８】
コンデンサ３０に導入された冷媒体は、凝縮部３１を通過することで、外気との熱交換によって冷却される。熱交換後の冷媒体は、レシーバタンク３２に導入され、レシーバタンク３２内において冷媒体が気液分離され、冷媒体から液冷媒が分離される。レシーバタンク３２内で気液分離された液冷媒は、配管ａ３を介して自動膨張弁４０に導入される。
【００７９】
自動膨張弁４０に導入された液冷媒は、減圧されて、液冷媒とガス冷媒とが混在した状態となる。自動膨張弁４０を通過した冷媒体は、第１エバポレータ５０を迂回する配管ａ１０を通って、第２エバポレータ６０に導入される。
【００８０】
第２エバポレータ６０では、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと冷媒体との熱交換、すなわち、冷媒体が第２エバポレータ６０を通過することにより、コンデンサ３０によって冷却された低温の冷媒体が空調用空気Ａの熱を吸収することにより、空調用空気Ａが冷却される。
【００８１】
第２エバポレータ６０から導出された冷媒体は、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を介してコンプレッサ１０に戻る。
【００８２】
このように車両用空調システム１Ａでは、図７（ｂ）に示すように、エアダンパ７１が全閉に制御されているので、第２エバポレータ６０で冷却された空調用空気Ａはコンデンサユニット２０によって暖められることなく、冷たい空気が車室内Ｃに導入される。
【００８３】
この冷房運転時の動作について図８の冷房サイクルを参照して説明すると、コンプレッサ１０によって圧縮された冷媒体は、サイクル図のａ−ｂで示すように、高温・高圧のガス冷媒となる。そして、コンプレッサ１０からコンデンサ３０に導入された冷媒体は、サイクル図のｂ−ｃで示すように、冷たい外気によって凝縮されることで、ガス冷媒から気液混在の低温の冷媒体に変化し、図示しないレシーバタンク３２によって、液冷媒に変化する。
【００８４】
そして、コンデンサ３０によって冷却された液冷媒は、サイクル図のｃ−ｄに示すように、自動膨張弁４０によって減圧される。液冷媒が減圧されることによって、気液混在の冷媒体に変化する。
【００８５】
そして、冷媒体が第２エバポレータ６０に導入されると、サイクル図のｄ−ａに示すように、空調用空気Ａから吸熱され、ガス冷媒に変化する。なお、第２エバポレータ６０では、冷媒体の熱がコンデンサ３０によって外気に放熱された低温の冷媒体が通流するので、空調用空気Ａが冷却されることになる。また、冷媒体は第１エバポレータ５０を迂回することにより、第１エバポレータ５０によって冷媒体の温度が上昇することがないため、冷却効率が低下することがない。
【００８６】
（除湿暖房運転時の動作）
図９に示すように、除湿暖房運転時には、暖房運転時の状態に対して、さらにＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ８が閉じられて、冷媒体が第２エバポレータ６０を通過するように制御される。なお、暖房運転時の動作と重複する部分については説明を省略する。
【００８７】
すなわち、第１エバポレータ５０から第２エバポレータ６０に導入された冷媒体は、空調用空気Ａの熱を吸収して、空調用空気Ａが冷却される。そして、第２エバポレータ６０から導出された冷媒体は、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を介してコンプレッサ１０に戻る。
【００８８】
このように、冷媒体を第２エバポレータ６０に通過させることにより、第２エバポレータ６０での吸熱によって空調用空気Ａが冷却されるので、外気から取り込まれた空気（空調用空気Ａ）に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施される。
【００８９】
以上説明したように、第１実施形態の車両用空調システム１Ａによれば、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと熱交換が行われる凝縮部（いわゆるヒータ）２１に、冷媒体タンク部２２と、過冷却部２３（いわゆるサブクール部）とを配置したので、過冷却部２３での放熱を、車室内Ｃ内に導入する空調用空気に利用でき、暖房運転時における熱変換効率を従来よりもさらに向上させることができる。
【００９０】
ところで、コンデンサ３０側に過冷却部２３（サブクール部）を配置した場合には、冷房運転時の冷媒体が過多になるという知見が得られているが、過冷却部２３を車室内Ｃの凝縮部２１に配置することにより、図６と図８のサイクル図で示したように、液冷媒の量が暖房運転時と冷房運転時とでバランスがとれるようになる。したがって、第１実施形態によれば、暖房運転時と冷房運転時における冷媒体の封入量を適正化することが可能になる。
【００９１】
ちなみに、冷媒体の量が多いほど、コンプレッサ１０の吐出圧力が上昇し、コンプレッサ１０での圧縮仕事量が増大するため、効率が低下する。また、冷媒体の量が増え過ぎると、コンプレッサ１０の設計圧力をオーバーし、コンプレッサ１０に不具合が生じることになる。しかし、本実施形態では、液冷媒の量を暖房運転時と冷房運転時とでバランスさせることができるのでコンプレッサ１０に不具合が生じることもない。
【００９２】
また、第１実施形態によれば、空調用空気Ａの流れに対して、過冷却部２３が上流側に位置し、凝縮部２１が下流側に位置しているので、凝縮部２１よりも過冷却部２３に対して、より冷えた空調用空気Ａが流れ、液冷媒から放熱することが可能となる。
【００９３】
また、第１実施形態によれば、過冷却部２３の下流、かつ、自動膨張弁４０の上流に、中間絞りＳを配置したので、前記したように、暖房に適した設定が可能となる。
【００９４】
また、第１実施形態によれば、コンデンサ３０の出口３０ｂ（図１参照）からコンプレッサ１０の吸入口１０ａ（図１参照）に向けて冷媒体回収路（配管ａ９、電磁弁Ｖ５および逆止弁Ｖ６で構成）を備え、冷媒体回収路が暖房運転時に開かれ、冷房運転時に閉じられるので、例えば、冷房運転から暖房運転に切り替えたときに、コンデンサ３０のレシーバタンク３２などに残留している冷媒体を、冷媒体回収路を介してコンプレッサ１０の吸入口１０ａから吸引することができ、冷媒体を有効に利用できるようになる。
【００９５】
なお、第１実施形態では、電磁弁Ｖ３および／または逆止弁Ｖ４を設けない構成であってもよい。例えば、電磁弁Ｖ３、逆止弁Ｖ４を設けない構成であっても、中間絞りＳがコンデンサ３０よりも抵抗（圧力損失）が非常に大きく設定される場合には、冷房運転時に電磁弁Ｖ１が開弁した際に、中間絞りＳに対する冷媒体の流れを無視することができる。
【００９６】
（第２実施形態）
図１０は第２実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。なお、第２実施形態の車両用空調システム１Ｂについて、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する（以下の実施形態についても同様）。また、図１０（ａ）は、暖房運転時の状態を示し、図１０（ｂ）は、簡略化したサイクル図を示している（以下に示す他の実施形態についても同様）。
【００９７】
図１０（ａ）に示すように、第２実施形態の車両用空調システム１Ｂは、第１実施形態における気液分離型の冷媒体タンク部２２に替えて、冷媒体用タンク部１００とした構成である。
【００９８】
この冷媒体用タンク部１００は、過冷却部２３に入りきらない液冷媒をタンクの許容量まで貯留し続け、タンク内が液状の冷媒体で一杯になった後に凝縮部２１まで浸入するように構成されている。また、冷媒体用タンク部１００は、凝縮部２１の出口と配管１１１を介して接続され、過冷却部２３の入口と配管１１２を介して接続されている。このような冷媒体用タンク部１００を備えることで、冷媒体の圧力が安定するので、ヒートポンプ能力を安定して得ることができる。また、第１実施形態と同様に、コンデンサユニット２０を備えることで、図１０（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）における放熱を有効に利用できる。
【００９９】
このような第２実施形態によれば、タンク部を簡素化および低コスト化することが可能になる。その他の作用および効果については、第１実施形態と同様である。なお、冷媒体用タンク部１００と凝縮部２１とを接続するタンク導入配管１１１は、冷媒体用タンク部１００の上下方向（鉛直方向）の中央部に限定されず、上側または下側であってもよい。
【０１００】
（第３実施形態）
図１１は第３実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第３実施形態の車両用空調システム１Ｃは、第１実施形態における電磁弁Ｖ１，Ｖ３に替えて三方弁１１０とし、さらに、中間絞りＳおよび自動膨張弁４０に替えて、電子式膨張弁（第１減圧手段）１２０とした構成である。
【０１０１】
図１１（ａ）に示すように、三方弁１１０は、凝縮部２１からの冷媒体が導入される導入ポート１１０ａと、冷媒体タンク部２２に導出する第１導出ポート１１０ｂと、コンデンサ３０に導出する第２導出ポート１１０ｃと、を有している。
【０１０２】
また、三方弁１１０は、導入ポート１１０ａが凝縮部２１の出口と配管１１３を介して接続され、第１導出ポート１１０ｂが冷媒体タンク部２２の入口と配管１１４を介して接続され、第２導出ポート１１０ｃが配管ａ２と接続されている。
【０１０３】
ＥＣＵ８０（図１参照）の制御によって、暖房運転時には、導入ポート１１０ａと第１導出ポート１１０ｂとが連通し、冷房運転時には、導入ポート１１０ａと第２導出ポート１１０ｃとが連通するように流路が制御される。
【０１０４】
電子式膨張弁１２０は、電磁弁で冷媒体の流量を制御するものであり、中間絞りＳを備えない構成にしたとしても、暖房、冷房ともに最適な設定とすることができる。
【０１０５】
このように構成された第３実施形態によれば、電磁弁Ｖ３（過冷却部迂回手段）と、電磁弁Ｖ１（コンデンサ遮断手段）とが三方弁により構成されているので、弁の設置個数を削減でき、車両用空調システム１Ｃを小型化することが可能になる。また、第１実施形態と同様に、図１１（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。
【０１０６】
また、第３実施形態によれば、自動膨張弁４０（第１減圧手段）と中間絞りＳ（第２減圧手段）とがひとつの電子式膨張弁１２０で構成されているので、省エネルギ運転が可能になる。省エネルギ運転が可能になるのは、自動膨張弁４０（温度式膨張弁）に比べて弁の開度制御の応答性が優れているため、ハンチングなどを効果的に抑制できるからである。
【０１０７】
（第４実施形態）
図１２は第４実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第４実施形態の車両用空調システム１Ｄは、第１実施形態に対して、電磁弁Ｖ１，Ｖ３に替えて三方弁１１０とし、さらに、冷媒体タンク部２２（２２Ａ）を中間絞りＳの下流の配管ａ８に設けた構成である。
【０１０８】
図１２（ａ）に示すように、三方弁１１０は、第１導出ポート１１０ｂが過冷却部２３の上側に位置する入口と配管１１６を介して接続され、第２導出ポート１１０ｃが配管ａ２と接続されている。また、過冷却部２３の下側に位置する出口が配管ａ８と接続されている。なお、冷媒体タンク部２２Ａは、車室内Ｃに配置されている。
【０１０９】
このような第４実施形態によれば、冷媒体タンク部２２をコンデンサユニット２０の凝縮部２１に隣接して配置することができない場合にも対応できる。また、第１実施形態と同様に、図１２（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。なお、過冷却部２３の入口と出口は、上下逆に接続されていてもよい。
【０１１０】
(第５実施形態)
図１３は第５実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第５実施形態に係る車両用空調システム１Ｅは、冷媒体用タンク部１３０を凝縮部２１の上部に横置きで配置した構成である。この冷媒体用タンク部１３０は、入口と出口は共通であり、配管１１７を介して配管１１６と接続されている。
【０１１１】
図１３（ａ）に示すように、凝縮部２１から導出された気液状態の冷媒体は、配管１１３、三方弁１１０、配管１１６、配管１１７を介して冷媒体用タンク部１３０に気液状態のまま導入され、冷媒体用タンク部１３０の許容量まで溜まったときに、気液状態の冷媒体が配管１１７を出て、配管１１６を通って過冷却部２３に導入される。
【０１１２】
第５実施形態に係る車両用空調システム１Ｅによれば、タンク部を簡素化および低コスト化することが可能になる。また、第１実施形態と同様に、図１３（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。
【０１１３】
（第５実施形態の変形例）
図１４は第５実施形態に係る車両用空調システムの変形例を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第５実施形態の変形例に係る車両用空調システム１Ｆは、凝縮部２１の上部に配置した冷媒体用タンク部１３０の配管の接続を変更した構成である。
【０１１４】
図１４（ａ）に示すように、冷媒体用タンク部１３０は、その入口が三方弁１１０の第１導出ポート１１０ｂと配管１１８を介して接続され、その出口が過冷却部２３の上側に位置する入口と配管１１９を介して接続されている。
【０１１５】
この車両用空調システム１Ｆによれば、タンク部を簡素化および低コスト化することが可能になる。また、第１実施形態と同様に図１４（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 車両用空調システム
１０ コンプレッサ
１０ａ 吸入口
２０ コンデンサユニット
２１ 凝縮部
２２ 冷媒体タンク部
２３ 過冷却部
３０ コンデンサ
３０ｂ 出口
４０ 自動膨張弁（第１減圧手段）
５０ 第１エバポレータ
６０ 第２エバポレータ
７０ 冷暖切換手段
７１ エアダンパ
８０ ＥＣＵ（制御装置）
１１０ 三方弁
１２０ 電子式膨張弁（第１減圧手段）
１３０ 冷媒体用タンク部
Ｓ 中間絞り（第２減圧手段）
Ｖ１ 電磁弁（コンデンサ遮断手段）
Ｖ３ 電磁弁（過冷却部迂回手段）
Ｖ７ 電磁弁（第１エバポレータ迂回手段）
Ｖ８ 電磁弁（第２エバポレータ迂回手段）
ａ９ 配管（冷媒体回収路）
ａ１０ 配管（第１エバポレータ迂回手段）
ａ１１ 配管（第２エバポレータ迂回手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式の車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的排熱の少ない燃料電池自動車、電気自動車などでは、それに対応した種々の車両用空調システムが提案されている。例えば、特許文献１では、暖房時に凝縮器（ヒータ）からの冷媒が流入して気液分離を行うレシーバと、レシーバからの液冷媒を外気と熱交換して過冷却する過冷却器とを備えた車両用空調装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３５６４号公報（段落００２２、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の車両用空調装置では、外気通風路にのみ過冷却器を設置するためスペースが大きくなり、配管の取り回しが複雑になり、組付け性が悪くなるなどという問題があった。
【０００５】
そこで、外気と熱交換を行う室外の熱交換器（いわゆる、ラジエータ）にレシーバおよび過冷却器を設置して、設置スペース、配管の取り回しおよび組付け性を向上した技術が提案されている。しかし、室外の熱交換器にレシーバおよび過冷却器を配置すると、暖房時に過冷却部を通過した外気が無駄に捨てられることになり、熱変換効率が損なわれるという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、熱変換効率をさらに向上させることができる車両用空調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、冷媒体を吸入して圧縮するコンプレッサと、内部に前記冷媒体を通流し、前記冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサと、前記コンプレッサから吐出された前記冷媒体と車室内に導入される空調用空気とで熱交換を行うコンデンサユニットと、前記コンデンサユニットまたは前記コンデンサから導出された前記冷媒体を減圧する第１減圧手段と、前記第１減圧手段の下流側に配置され、車外に排出される熱源と前記冷媒体とで熱交換を行う第１エバポレータと、暖房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路と冷房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路とを切り換える冷暖切換手段と、前記冷暖切換手段を制御する制御装置と、を備え、前記コンデンサユニットは、前記空調用空気と前記冷媒体とで熱交換を行う凝縮部と、前記凝縮部から導出された前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部と、前記冷媒体タンク部から導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う過冷却部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、車室内に導入される空調用空気と熱交換を行う凝縮部（いわゆるヒータ）に、冷媒体タンク部および過冷却部（いわゆるサブクール部）を配置したので、暖房運転時における過冷却部での放熱を空調用空気に利用することができ、暖房運転時における熱変換効率をさらに高めることが可能になる。
【０００９】
また、凝縮部に冷媒体タンク部および過冷却部を配置したので、冷房運転時において液冷媒が過剰に生じるのを防止できる。このように、液冷媒の量が適正化するので、液冷媒の過多による冷房効率の低下を防止できる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記第１エバポレータから導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う第２エバポレータを備えることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、第１エバポレータで吸熱すると同時に第２エバポレータに流入する冷媒体の吸熱によって空調用空気が冷却されるので、外気から取り込まれた空気に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施される。よって、第２エバポレータでの凍結を抑制した運転においても十分に吸熱が可能となるため、暖房能力を維持でき、かつ除湿も可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記コンデンサユニットは、熱交換される前記空調用空気の流れに対し、少なくとも前記過冷却部を上流側に、前記凝縮部を下流側に配置したことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、凝縮部よりも過冷却部に対して、より冷えた空気が流れるので冷媒体を過冷却する際の効率を高めることが可能になる。よって、冷媒体をしっかりと液体にすることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記冷暖切換手段は、前記第１エバポレータを迂回する第１エバポレータ迂回手段と、前記第２エバポレータを迂回する第２エバポレータ迂回手段と、前記コンデンサに前記冷媒体が流れるのを遮断するコンデンサ遮断手段と、前記冷媒体タンク部および前記過冷却部を迂回する過冷却部迂回手段と、前記コンデンサユニットに前記空調用空気を通過または遮断させるエアダンパと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
これによれば、暖房運転時には、コンデンサ遮断手段によりコンデンサユニットからコンデンサへの冷媒体の通流が遮断され、第２エバポレータ迂回手段により冷媒体が第２エバポレータを迂回するように通流され、エアダンパを開放して空調用空気がコンデンサユニットを通過するように通流される。なお、暖房運転時に、冷媒体を第２エバポレータに通流させることで、除湿暖房が可能になる。
【００１６】
一方、冷房運転時には、過冷却迂回手段により冷媒体が冷媒体タンク部および過冷却部を迂回するように通流され、第１エバポレータ迂回手段により冷媒体が第１エバポレータを迂回するように通流され、エアダンパを閉じて空調用空気がコンデンサユニットを通過しないように通流される。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記過冷却部の下流であって前記第１減圧手段の上流に、第２減圧手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
これによれば、暖房運転時には第２減圧手段と第１減圧手段を使用し、冷房運転時には第１減圧手段のみを使用するため、暖房運転と冷房運転をそれぞれで最適な設定が可能となる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、前記コンデンサの出口から前記コンプレッサの吸入口に向けた冷媒体回収路を備え、前記冷媒体回収路は、暖房運転時に開かれ、冷房運転時に閉じられることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、例えば冷房から暖房に切り替えたときに、コンデンサに残留している冷媒体（液冷媒）を、コンプレッサの吸入口側が負圧になることによって、冷媒回収路を介して吸引して、冷媒体を有効に利用することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部に替えて、前記過冷却部に入りきらない液状の冷媒体をタンクの許容量まで貯留し続け、タンク内が液状の冷媒体で一杯になった後に前記凝縮部まで浸入するように構成した冷媒体用タンク部としたことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、冷媒体タンク部を簡素化および低コスト化することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、前記過冷却部迂回手段と、前記コンデンサ遮断手段とは、三方弁により構成されていることを特徴とする。
【００２４】
これによれば、弁の設置個数を削減できるので、システムを小型化することができる。
【００２５】
請求項９に係る発明は、前記コンデンサユニットの冷媒体タンク部は、このコンデンサユニットから分離されて車室内に配置されていることを特徴とする。
【００２６】
これによれば、コンデンサユニットの凝縮部に隣接して配置することができない場合にも対応できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、熱変換効率をさらに向上させることができる車両用空調システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る車両用空調システムを車両側方から見たときの暖房運転時の空気の流れを示す全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る車両用空調システムを車両側方から見たときの冷房運転時の空気の流れを示す全体構成図である。
【図３】コンデンサユニットの凝縮部と過冷却部とを分解した状態を示す斜視図である。
【図４】コンデンサユニットの全体を組み合わせた状態を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態に係る車両用空調システムの暖房運転時の冷媒体の流れを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はコンデンサユニットを底側から見上げたときの概略図である。
【図６】第１実施形態に係る車両用空調システムの暖房運転時のモリエル線図上に示されたサイクル図である。
【図７】第１実施形態に係る車両用空調システムの冷房運転時の冷媒体の流れを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はコンデンサユニットを底側から見上げたときの概略図である。
【図８】第１実施形態に係る車両用空調システムの冷房運転時のモリエル線図上に示されたサイクル図である。
【図９】第１実施形態に係る車両用空調システムの除湿暖房運転時の冷媒体の流れを示す全体構成図である。
【図１０】第２実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１１】第３実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１２】第４実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１３】第５実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【図１４】第５実施形態に係る車両用空調システムの変形例を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１および図２に示す車両用空調システム１Ａ〜１Ｆは、車両Ｖに適用した場合の熱交換器等の位置、暖房運転時（図１）や冷房運転時（図２）における外気および空調用空気Ａの流れを示している。また、本実施形態の車両用空調システム１Ａ〜１Ｆは、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、燃料電池車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）だけではなく、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：HybridElectric Vehicle）などにも適用することができる。
【００３０】
（第１実施形態）
図１および図２に示すように、第１実施形態の車両用空調システム１Ａは、コンプレッサ１０と、コンデンサユニット２０と、コンデンサ３０と、自動膨張弁（第１減圧手段）４０と、第１エバポレータ５０と、第２エバポレータ６０と、冷暖切換手段７０と、ＥＣＵ（制御装置）８０と、を含んで構成されている。
【００３１】
コンプレッサ１０の冷媒体の吐出口１０ｂは、配管ａ１を介して、コンデンサユニット２０に設けられた凝縮部２１の冷媒体の入口２１ａ１と接続され、凝縮部２１の冷媒体の出口２１ａ２は、電磁弁Ｖ１を備えた配管ａ２を介してコンデンサ３０の冷媒体の入口３０ａと接続されている。なお、電磁弁Ｖ１は、本実施形態に係るコンデンサ遮断手段に相当する。
【００３２】
コンデンサ３０の冷媒体の出口３０ｂは、逆止弁Ｖ２を備えた配管ａ３を介して自動膨張弁４０の減圧側の入口４０ａと接続されている。自動膨張弁４０の減圧側の出口４０ｂは、配管ａ４を介して第１エバポレータ５０の冷媒体の入口５０ａと接続されている。なお、逆止弁Ｖ２は、コンデンサ３０から自動膨張弁４０への冷媒体の流れのみを許容する弁である。
【００３３】
第１エバポレータ５０の冷媒体の出口５０ｂは、配管ａ５を介して第２エバポレータ６０の冷媒体の入口６０ａと接続されている。第２エバポレータ６０の冷媒体の出口６０ｂは、配管ａ６を介して自動膨張弁４０の温度検出側の入口４０ｃと接続されている。自動膨張弁４０の温度検出側の出口４０ｄは、配管ａ７を介してコンプレッサ１０の冷媒体の吸入口１０ａと接続されている。
【００３４】
コンデンサユニット２０に設けられた過冷却部２３の出口２３ａ２は、上流側から順に電磁弁Ｖ３、中間絞り（第２減圧手段）Ｓ、逆止弁Ｖ４を備えた配管ａ８を介して、逆止弁Ｖ２と自動膨張弁４０との間の配管ａ３に合流するように接続されている。中間絞りＳは、冷媒体に圧力損失を付与する圧力損失部であり、キャピラリなどで構成することができる。
【００３５】
なお、逆止弁Ｖ４は、過冷却部２３から自動膨張弁４０への冷媒体の流れのみを許容する弁で構成されている。また、電磁弁Ｖ３は、本実施形態における過冷却部迂回手段に相当する。また、中間絞りＳの流路抵抗がコンデンサ３０の流路抵抗よりも十分に大きい場合は、電磁弁Ｖ３と逆止弁Ｖ４とを設置しなくてもよい。
【００３６】
コンデンサ３０の出口３０ｂと逆止弁Ｖ２との間の配管ａ３には、上流側から順に電磁弁Ｖ５、逆止弁Ｖ６を備えた配管（冷媒体回収路）ａ９を介して、配管ａ７に合流するように接続されている。なお、逆止弁Ｖ６は、配管ａ３側から配管ａ７側への冷媒体の流れのみを許容する弁である。
【００３７】
配管ａ４と配管ａ５との間には、第１エバポレータ迂回手段として機能する、電磁弁Ｖ７を備えた配管ａ１０が接続されている。
【００３８】
配管ａ５と配管ａ６との間には、第２エバポレータ迂回手段として機能する、電磁弁Ｖ８を備えた配管ａ１１が接続されている。
【００３９】
コンプレッサ１０は、モータ（またはエンジン）などによって駆動され、冷媒体を吸入、圧縮して、コンデンサユニット２０に向けて高温・高圧の冷媒体を吐出するようになっている。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、コンデンサユニット２０は、コンプレッサ１０（図１参照）から吐出された冷媒体と車室内Ｃに導入される空調用空気Ａとで熱交換を行うものであり、凝縮部（ヒータともいう）２１、冷媒体タンク部２２および過冷却部２３を備えて構成されている。
【００４１】
凝縮部２１は、上下方向（鉛直方向）に伸長する複数本のチューブ２１ａ，２１ａ，・・・が等間隔に配列され、各チューブ２１ａ，２１ａ間にコルゲートタイプの放熱フィン２１ｂが設けられて構成されている。なお、チューブ２１ａおよび放熱フィン２１ｂは、熱伝導性（放熱性）の高い金属材料（アルミニウムや銅など）で形成されている。
【００４２】
また、凝縮部２１は、その上端部にコンプレッサ１０から吐出された冷媒体を各チューブ２１ａに分配する上部ヘッダ２１ｃと、その下端部に各チューブ２１ａを通過した冷媒体が集合する下部ヘッダ２１ｄと、を備えている。
【００４３】
冷媒体タンク部２２は、凝縮部２１および過冷却部２３の側部（幅方向のどちらか一方の側）に配置され（図４参照）、凝縮部２１によって液状化した冷媒体（液冷媒）と液化しきれなかった冷媒体（ガス冷媒）とを分離する機能（気液分離機能）を有している。
【００４４】
また、冷媒体タンク部２２は、筒形状を呈するタンク部２２ａを有し、このタンク部２２ａに導入された冷媒体に含まれる水分を除去するようになっていてもよい。本発明では、例えば、タンク部２２ａの内側の底部に乾燥剤が設けられ、この乾燥剤が水分除去の役割を果たしている。
【００４５】
また、冷媒体タンク部２２は、凝縮部２１の下部ヘッダ２１ｄとタンク導入配管２２ｂを介して接続され、過冷却部２３の入口２３ａ１とタンク導出配管２２ｃを介して接続されている。また、タンク導入配管２２ｂおよびタンク導出配管２２ｃは、いずれもタンク部２２ａの底面に接続されている。さらに、タンク導入配管２２ｂは、タンク部２２ａ内の空間を上方に所定長さまで延びている。この所定長さは、液冷媒が溜まったときに、液冷媒の液面がタンク導入配管２２ｂの先端（上端）よりも下側に位置するように設定されているほうがよりよい。
【００４６】
過冷却部２３は、冷媒体タンク部２２から導出された液状化した冷媒体と、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａとで熱交換を行うものであり、凝縮部２１の空調用空気Ａが通過する面に重ねて配置されている。すなわち、この過冷却部２３では、空調用空気Ａと熱交換を行い、液冷媒をさらに冷却して完全な液冷媒にする機能を有する。
【００４７】
また、過冷却部２３は、凝縮部２１と同様な材料で形成されたチューブ２３ａと、このチューブ２３ａを覆う放熱フィン２３ｂとで構成されている。チューブ２３ａは、水平方向に延び、凝縮部２１の両端部に対応する位置でＵ字状に折り返しながら下側から上側に向かって蛇行形状を呈している。放熱フィン２３ｂは、プレートタイプのフィンが複数枚平行に並べられて、蛇行しているチューブ２３ａを覆うように構成されている。なお、チューブ２３ａの一端の入口２３ａ１は、冷媒体タンク部２２とタンク導出配管２２ｃを介して接続されている。
【００４８】
また、過冷却部２３は、凝縮部２１と重ねられて、図４に示すように、空調用空気Ａが、先に過冷却部２３を通り、続いて凝縮部２１を通るように配置されている。
【００４９】
なお、凝縮部２１の放熱フィン２１ｂおよび過冷却部２３の放熱フィン２３ｂの形状は、空調用空気Ａが過冷却部２３と凝縮部２１の双方を通過できるものであれば特に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００５０】
このように構成されたコンデンサユニット２０では、暖房運転時に、コンプレッサ１０（図１参照）からの冷媒体が、凝縮部２１の上部ヘッダ２１ｃ、各チューブ２１ａ、下部ヘッダ２１ｄ、冷媒体タンク部２２、過冷却部２３を通ってコンデンサユニット２０から導出される。
【００５１】
図５に示すように、コンデンサ３０は、凝縮部３１とレシーバタンク３２とで構成され、車両Ｖの前端の空間内に配置され、凝縮部３１内を流れる冷媒体が、車両Ｖの前方から導入される外気と熱交換（放熱）を行うようになっている。凝縮部３１は、左右方向に伸長する複数本のチューブ（不図示）、およびチューブの周囲に配置される放熱フィン（不図示）などで構成されている。
【００５２】
レシーバタンク３２は、凝縮部３１の側部に配置され、例えば、前記した冷媒体タンク部２２と同様に、筒状に形成され、冷房運転時に凝縮部３１で液冷媒とガス冷媒とを分離する機能（気液分離機能）を有している。
【００５３】
自動膨張弁４０は、冷媒体の温度に応じて開度を変化させることができる機械式のものであり、後記する第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒体の温度と圧力を検知する手段（不図示）を有し、第１エバポレータ（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒体の温度と圧力に応じて、自動膨張弁４０の開度を変化させ、冷媒体の流量を変化させることができる。具体的には、第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒の圧力における蒸発温度に対し流出温度が高いほど、開度を大きくすることで、自動膨張弁４０から流出される冷媒量を増加させる。逆に、第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出された冷媒の温度が低いほど、開度を小さくすることにより、自動膨張弁４０から流出される冷媒量を減少させる。
【００５４】
第１エバポレータ５０は、内部を通流する冷媒体が車室内Ｃから排出される空調用空気Ａ（熱源）と熱交換を行うものであり、車両Ｖのトランクルーム（荷室Ｄ）など、空調用空気Ａが車外に排出される車両Ｖの後部に配置されている（図１参照）。すなわち、第１エバポレータ５０では、暖房運転時に、冷媒体を介して空調用空気Ａ（熱源）から熱を取り込むようになっている。熱源としては、空調用空気Ａに限定されるものではなく、車両Ｖの駆動部分（モータなど）からの排熱を利用してもよい。
【００５５】
第２エバポレータ６０は、車室内Ｃに配置され、冷媒体と空調用空気Ａとの間で熱交換を行うものであり、空調用空気Ａの流れに対してコンデンサユニット２０よりも上流側に配置されている。すなわち、除湿暖房運転時に、空調用空気Ａが第２エバポレータ６０、コンデンサユニット２０を通り（図１参照）、冷房運転時に、空調用空気Ａが第２エバポレータ６０を通るようになっている。
【００５６】
冷暖切換手段７０は、暖房運転時（除湿暖房運転時）の冷媒体および空調用空気Ａの流れと、冷房運転時の冷媒体および空調用空気Ａの流れとを切り換えるものであり、第１エバポレータ迂回手段と第２エバポレータ迂回手段とコンデンサ遮断手段と過冷却部迂回手段とともに、エアダンパ７１を含んで構成されている。
【００５７】
エアダンパ７１は、コンデンサユニット２０と第２エバポレータ６０との間の空間に配置され、暖房運転時には、エアダンパ７１が全開にされて、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａが、コンデンサユニット２０を通過するように流れが制御される（図１参照）。一方、冷房運転時には、エアダンパ７１が全閉にされて、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａが、第２エバポレータ６０のみを通過し、コンデンサユニット２０を通過しないように流れが制御される。また、暖房運転と冷房運転の中間が要求される際には、エアダンパ７１を途中位置に制御し、中間温度を得てもよい。
【００５８】
ＥＣＵ８０は、電磁弁Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ８を開閉制御するとともに、エアダンパ７１を開閉制御して、暖房運転時と冷房運転時のそれぞれの運転時における冷媒体の流れおよび空調用空気Ａの流れを制御する。
【００５９】
次に、第１実施形態の車両用空調システム１Ａの動作について図５ないし図９を参照して説明する。図５および図６は、暖房運転時を示し、電磁弁Ｖ１，Ｖ７が閉じた状態である。図７および図８は、冷房運転時を示し、電磁弁Ｖ３，Ｖ５，Ｖ８が閉じた状態である。図９は除湿暖房運転時を示し、電磁弁Ｖ１，Ｖ７，Ｖ８が閉じた状態である。なお、図５、図７および図９は、図１および図２とは熱交換器等の向きを変えた状態で図示している。まず、暖房運転時の動作について説明する。
【００６０】
（暖房運転時の動作）
図５に示すように、暖房運転時には、コンプレッサ１０が駆動されると、コンプレッサ１０の吸入口１０ａから吸入されて、吐出口１０ｂから吐出された冷媒体は、配管ａ１を介してコンデンサユニット２０に供給される。これにより、高温・高圧のガス冷媒（冷媒体）がコンデンサユニット２０に供給されることになる。
【００６１】
コンプレッサ１０から供給された熱い冷媒体は、コンデンサユニット２０の凝縮部２１に導入され、凝縮部２１内を上側から下側に向かって流れる際に車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと熱交換を行う。すなわち、冷媒体は、空調用空気Ａ（冷たい外気）によって冷却されることにより凝縮され、ガス冷媒から液冷媒となる。一方、空調用空気Ａは、高温、高圧のガス冷媒によって昇温する。
【００６２】
凝縮部２１から導出された液冷媒（冷媒体）は、タンク導入配管２２ｂを介して冷媒体タンク部２２に導入される。冷媒体タンク部２２では、冷媒体が気液分離、つまり、液冷媒がタンク部２２ａの下部に溜まり、凝縮部２１で液化しきれなかったガス冷媒がタンク部２２ａの上部に溜まる。冷媒体タンク部２２で気液分離された液冷媒は、タンク導出配管２２ｃを介して過冷却部２３に導入される。
【００６３】
過冷却部２３に導入された液冷媒は、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａ（冷たい外気）と熱交換を行う。過冷却部２３は、空調用空気Ａの流れに対して、凝縮部２１よりも上流側に位置しているので、冷えた空調用空気Ａによって冷媒体がさらに冷却され、冷媒体が完全な液冷媒となる。
【００６４】
過冷却部２３から導出された液冷媒は、中間絞りＳを通過することによって、液冷媒が減圧される。
【００６５】
中間絞りＳによって減圧された低温・低圧の液冷媒は、配管ａ８，ａ３を介して自動膨張弁４０に導入される。自動膨張弁４０によってさらに大きく減圧された冷媒体は、液体と気体とが混在した状態の冷媒体に変化して、第１エバポレータ５０に導入される。
【００６６】
第１エバポレータ５０では、車室内Ｃから荷室Ｄ（図１参照）に排出される空気用空気Ａと冷媒体とが熱交換を行う。すなわち、冷媒体が第１エバポレータ５０を通過する際には、空調用空気Ａが有している熱を吸収して冷媒体が昇温する。これにより、車室内Ｃの熱を有効に活用することができる。
【００６７】
第１エバポレータ５０から導出された冷媒体は、第２エバポレータ６０を迂回する配管ａ１１、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を通ってコンプレッサ１０に戻る。
【００６８】
このように車両用空調システム１Ａでは、図５（ｂ）に示すように、エアダンパ７１が全開に制御されることにより、車外から取り込んだ空調用空気Ａが、第２エバポレータ６０およびコンデンサユニット２０を通過する。第２エバポレータ６０では、冷媒体が迂回するので熱交換は行われず、コンデンサユニット２０では、過冷却部２３および凝縮部２１のそれぞれの放熱によって空調用空気Ａが加熱され、暖かい空気が車室内Ｃに導入される。
【００６９】
この暖房運転時の動作を図６の暖房サイクルを参照して説明する。まず、コンプレッサ１０によって冷媒体が圧縮されると、サイクル図のａ−ｂで示すように、冷媒体が高温・高圧のガス冷媒となる。そして、凝縮部２１に冷媒体が導入されると、サイクル図のｂ−ｃで示すように、ガス冷媒が凝縮されることで、ガス冷媒から気液混在の冷媒体に変化する。一方、空調用空気Ａは、凝縮する際に放出される熱によって昇温する。
【００７０】
そして、冷媒体タンク部２２に冷媒体が導入されると、冷媒体が液冷媒とガス冷媒とに分離される。そして、冷媒体タンク部２２から過冷却部２３に液冷媒が導入されると、サイクル図のｃ−ｄで示すように、さらに冷却（凝縮）されることで、完全な液冷媒となる。ちなみに、過冷却部２３により形成されるサイクル図のｃ−ｄの領域が、いわゆるサブクール領域（冷媒体を完全な液冷媒にする領域）Ｑである。
【００７１】
そして、サブクール領域Ｑで過冷却された液冷媒は、サイクル図のｄ−ｅで示すように、中間絞りＳによって減圧される。このように、中間絞りＳを設けることによって、冷房運転に適した設定の自動膨張弁４０を暖房運転にも利用することが可能になる。
【００７２】
さらに、凝縮部２１に導入する冷媒体を高温・高圧に高めるために、凝縮部２１を大きくできない分、サブクール領域Ｑを増加させることで対応し、暖房性能を向上させることが可能になる。
【００７３】
そして、中間絞りＳで減圧された冷媒体は、サイクル図のｅ−ｆで示すように、自動膨張弁４０によって、さらに減圧される。冷媒体が減圧されることによって、液冷媒が気体と液体とが混在した状態に変化する。
【００７４】
そして、自動膨張弁４０で減圧された冷媒体は、サイクル図のｆ−ａで示すように、第１エバポレータ５０によって、車外に排出される空調用空気Ａから吸熱される。よって、空調用空気Ａが有している熱を冷媒体に取り込むことができる。
【００７５】
なお、暖房運転時には、ＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ５が開弁されることで、配管ａ９を介してコンデンサ３０とコンプレッサ１０の吸入口１０ａとが連通する。これにより、コンプレッサ１０を作動させたときに吸入口１０ａに発生する吸引力（負圧）によって、レシーバタンク３２などのコンデンサ３０内に残留した冷媒体が、配管ａ９を介して吸引されるので、冷媒体不足を防止することができる。
【００７６】
（冷房運転時の動作）
図７（ａ）に示すように、冷房運転時には、コンプレッサ１０が駆動されると、コンプレッサ１０で圧縮された冷媒体は、配管ａ１を介してコンデンサユニット２０に供給される。これにより、高温・高圧のガス冷媒がコンデンサユニット２０に供給されることになる。
【００７７】
コンプレッサ１０から供給された冷媒体は、コンデンサユニット２０の凝縮部２１に導入されるが、エアダンパ７１が全閉状態に制御されているので、凝縮部２１内を冷媒体が流れても空調用空気Ａと熱交換を行うことはない。したがって、空調用空気Ａが高温・高圧の冷媒体によって加熱されることがない。また、ＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ１が開かれ、電磁弁Ｖ３が閉じられているので、凝縮部２１を通過した冷媒体は、冷媒体タンク部２２および過冷却部２３に流れることなく、配管ａ２を介してコンデンサ３０に導入される。
【００７８】
コンデンサ３０に導入された冷媒体は、凝縮部３１を通過することで、外気との熱交換によって冷却される。熱交換後の冷媒体は、レシーバタンク３２に導入され、レシーバタンク３２内において冷媒体が気液分離され、冷媒体から液冷媒が分離される。レシーバタンク３２内で気液分離された液冷媒は、配管ａ３を介して自動膨張弁４０に導入される。
【００７９】
自動膨張弁４０に導入された液冷媒は、減圧されて、液冷媒とガス冷媒とが混在した状態となる。自動膨張弁４０を通過した冷媒体は、第１エバポレータ５０を迂回する配管ａ１０を通って、第２エバポレータ６０に導入される。
【００８０】
第２エバポレータ６０では、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと冷媒体との熱交換、すなわち、冷媒体が第２エバポレータ６０を通過することにより、コンデンサ３０によって冷却された低温の冷媒体が空調用空気Ａの熱を吸収することにより、空調用空気Ａが冷却される。
【００８１】
第２エバポレータ６０から導出された冷媒体は、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を介してコンプレッサ１０に戻る。
【００８２】
このように車両用空調システム１Ａでは、図７（ｂ）に示すように、エアダンパ７１が全閉に制御されているので、第２エバポレータ６０で冷却された空調用空気Ａはコンデンサユニット２０によって暖められることなく、冷たい空気が車室内Ｃに導入される。
【００８３】
この冷房運転時の動作について図８の冷房サイクルを参照して説明すると、コンプレッサ１０によって圧縮された冷媒体は、サイクル図のａ−ｂで示すように、高温・高圧のガス冷媒となる。そして、コンプレッサ１０からコンデンサ３０に導入された冷媒体は、サイクル図のｂ−ｃで示すように、冷たい外気によって凝縮されることで、ガス冷媒から気液混在の低温の冷媒体に変化し、図示しないレシーバタンク３２によって、液冷媒に変化する。
【００８４】
そして、コンデンサ３０によって冷却された液冷媒は、サイクル図のｃ−ｄに示すように、自動膨張弁４０によって減圧される。液冷媒が減圧されることによって、気液混在の冷媒体に変化する。
【００８５】
そして、冷媒体が第２エバポレータ６０に導入されると、サイクル図のｄ−ａに示すように、空調用空気Ａから吸熱され、ガス冷媒に変化する。なお、第２エバポレータ６０では、冷媒体の熱がコンデンサ３０によって外気に放熱された低温の冷媒体が通流するので、空調用空気Ａが冷却されることになる。また、冷媒体は第１エバポレータ５０を迂回することにより、第１エバポレータ５０によって冷媒体の温度が上昇することがないため、冷却効率が低下することがない。
【００８６】
（除湿暖房運転時の動作）
図９に示すように、除湿暖房運転時には、暖房運転時の状態に対して、さらにＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ８が閉じられて、冷媒体が第２エバポレータ６０を通過するように制御される。なお、暖房運転時の動作と重複する部分については説明を省略する。
【００８７】
すなわち、第１エバポレータ５０から第２エバポレータ６０に導入された冷媒体は、空調用空気Ａの熱を吸収して、空調用空気Ａが冷却される。そして、第２エバポレータ６０から導出された冷媒体は、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を介してコンプレッサ１０に戻る。
【００８８】
このように、冷媒体を第２エバポレータ６０に通過させることにより、第２エバポレータ６０での吸熱によって空調用空気Ａが冷却されるので、外気から取り込まれた空気（空調用空気Ａ）に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施される。
【００８９】
以上説明したように、第１実施形態の車両用空調システム１Ａによれば、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと熱交換が行われる凝縮部（いわゆるヒータ）２１に、冷媒体タンク部２２と、過冷却部２３（いわゆるサブクール部）とを配置したので、過冷却部２３での放熱を、車室内Ｃ内に導入する空調用空気に利用でき、暖房運転時における熱変換効率を従来よりもさらに向上させることができる。
【００９０】
ところで、コンデンサ３０側に過冷却部２３（サブクール部）を配置した場合には、冷房運転時の冷媒体が過多になるという知見が得られているが、過冷却部２３を車室内Ｃの凝縮部２１に配置することにより、図６と図８のサイクル図で示したように、液冷媒の量が暖房運転時と冷房運転時とでバランスがとれるようになる。したがって、第１実施形態によれば、暖房運転時と冷房運転時における冷媒体の封入量を適正化することが可能になる。
【００９１】
ちなみに、冷媒体の量が多いほど、コンプレッサ１０の吐出圧力が上昇し、コンプレッサ１０での圧縮仕事量が増大するため、効率が低下する。また、冷媒体の量が増え過ぎると、コンプレッサ１０の設計圧力をオーバーし、コンプレッサ１０に不具合が生じることになる。しかし、本実施形態では、液冷媒の量を暖房運転時と冷房運転時とでバランスさせることができるのでコンプレッサ１０に不具合が生じることもない。
【００９２】
また、第１実施形態によれば、空調用空気Ａの流れに対して、過冷却部２３が上流側に位置し、凝縮部２１が下流側に位置しているので、凝縮部２１よりも過冷却部２３に対して、より冷えた空調用空気Ａが流れ、液冷媒から放熱することが可能となる。
【００９３】
また、第１実施形態によれば、過冷却部２３の下流、かつ、自動膨張弁４０の上流に、中間絞りＳを配置したので、前記したように、暖房に適した設定が可能となる。
【００９４】
また、第１実施形態によれば、コンデンサ３０の出口３０ｂ（図１参照）からコンプレッサ１０の吸入口１０ａ（図１参照）に向けて冷媒体回収路（配管ａ９、電磁弁Ｖ５および逆止弁Ｖ６で構成）を備え、冷媒体回収路が暖房運転時に開かれ、冷房運転時に閉じられるので、例えば、冷房運転から暖房運転に切り替えたときに、コンデンサ３０のレシーバタンク３２などに残留している冷媒体を、冷媒体回収路を介してコンプレッサ１０の吸入口１０ａから吸引することができ、冷媒体を有効に利用できるようになる。
【００９５】
なお、第１実施形態では、電磁弁Ｖ３および／または逆止弁Ｖ４を設けない構成であってもよい。例えば、電磁弁Ｖ３、逆止弁Ｖ４を設けない構成であっても、中間絞りＳがコンデンサ３０よりも抵抗（圧力損失）が非常に大きく設定される場合には、冷房運転時に電磁弁Ｖ１が開弁した際に、中間絞りＳに対する冷媒体の流れを無視することができる。
【００９６】
（第２実施形態）
図１０は第２実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。なお、第２実施形態の車両用空調システム１Ｂについて、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する（以下の実施形態についても同様）。また、図１０（ａ）は、暖房運転時の状態を示し、図１０（ｂ）は、簡略化したサイクル図を示している（以下に示す他の実施形態についても同様）。
【００９７】
図１０（ａ）に示すように、第２実施形態の車両用空調システム１Ｂは、第１実施形態における気液分離型の冷媒体タンク部２２に替えて、冷媒体用タンク部１００とした構成である。
【００９８】
この冷媒体用タンク部１００は、過冷却部２３に入りきらない液冷媒をタンクの許容量まで貯留し続け、タンク内が液状の冷媒体で一杯になった後に凝縮部２１まで浸入するように構成されている。また、冷媒体用タンク部１００は、凝縮部２１の出口と配管１１１を介して接続され、過冷却部２３の入口と配管１１２を介して接続されている。このような冷媒体用タンク部１００を備えることで、冷媒体の圧力が安定するので、ヒートポンプ能力を安定して得ることができる。また、第１実施形態と同様に、コンデンサユニット２０を備えることで、図１０（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）における放熱を有効に利用できる。
【００９９】
このような第２実施形態によれば、タンク部を簡素化および低コスト化することが可能になる。その他の作用および効果については、第１実施形態と同様である。なお、冷媒体用タンク部１００と凝縮部２１とを接続するタンク導入配管１１１は、冷媒体用タンク部１００の上下方向（鉛直方向）の中央部に限定されず、上側または下側であってもよい。
【０１００】
（第３実施形態）
図１１は第３実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第３実施形態の車両用空調システム１Ｃは、第１実施形態における電磁弁Ｖ１，Ｖ３に替えて三方弁１１０とし、さらに、中間絞りＳおよび自動膨張弁４０に替えて、電子式膨張弁（第１減圧手段）１２０とした構成である。
【０１０１】
図１１（ａ）に示すように、三方弁１１０は、凝縮部２１からの冷媒体が導入される導入ポート１１０ａと、冷媒体タンク部２２に導出する第１導出ポート１１０ｂと、コンデンサ３０に導出する第２導出ポート１１０ｃと、を有している。
【０１０２】
また、三方弁１１０は、導入ポート１１０ａが凝縮部２１の出口と配管１１３を介して接続され、第１導出ポート１１０ｂが冷媒体タンク部２２の入口と配管１１４を介して接続され、第２導出ポート１１０ｃが配管ａ２と接続されている。
【０１０３】
ＥＣＵ８０（図１参照）の制御によって、暖房運転時には、導入ポート１１０ａと第１導出ポート１１０ｂとが連通し、冷房運転時には、導入ポート１１０ａと第２導出ポート１１０ｃとが連通するように流路が制御される。
【０１０４】
電子式膨張弁１２０は、電磁弁で冷媒体の流量を制御するものであり、中間絞りＳを備えない構成にしたとしても、暖房、冷房ともに最適な設定とすることができる。
【０１０５】
このように構成された第３実施形態によれば、電磁弁Ｖ３（過冷却部迂回手段）と、電磁弁Ｖ１（コンデンサ遮断手段）とが三方弁により構成されているので、弁の設置個数を削減でき、車両用空調システム１Ｃを小型化することが可能になる。また、第１実施形態と同様に、図１１（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。
【０１０６】
また、第３実施形態によれば、自動膨張弁４０（第１減圧手段）と中間絞りＳ（第２減圧手段）とがひとつの電子式膨張弁１２０で構成されているので、省エネルギ運転が可能になる。省エネルギ運転が可能になるのは、自動膨張弁４０（温度式膨張弁）に比べて弁の開度制御の応答性が優れているため、ハンチングなどを効果的に抑制できるからである。
【０１０７】
（第４実施形態）
図１２は第４実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第４実施形態の車両用空調システム１Ｄは、第１実施形態に対して、電磁弁Ｖ１，Ｖ３に替えて三方弁１１０とし、さらに、冷媒体タンク部２２（２２Ａ）を中間絞りＳの下流の配管ａ８に設けた構成である。
【０１０８】
図１２（ａ）に示すように、三方弁１１０は、第１導出ポート１１０ｂが過冷却部２３の上側に位置する入口と配管１１６を介して接続され、第２導出ポート１１０ｃが配管ａ２と接続されている。また、過冷却部２３の下側に位置する出口が配管ａ８と接続されている。なお、冷媒体タンク部２２Ａは、車室内Ｃに配置されている。
【０１０９】
このような第４実施形態によれば、冷媒体タンク部２２をコンデンサユニット２０の凝縮部２１に隣接して配置することができない場合にも対応できる。また、第１実施形態と同様に、図１２（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。なお、過冷却部２３の入口と出口は、上下逆に接続されていてもよい。
【０１１０】
(第５実施形態)
図１３は第５実施形態に係る車両用空調システムを示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第５実施形態に係る車両用空調システム１Ｅは、冷媒体用タンク部１３０を凝縮部２１の上部に横置きで配置した構成である。この冷媒体用タンク部１３０は、入口と出口は共通であり、配管１１７を介して配管１１６と接続されている。
【０１１１】
図１３（ａ）に示すように、凝縮部２１から導出された気液状態の冷媒体は、配管１１３、三方弁１１０、配管１１６、配管１１７を介して冷媒体用タンク部１３０に気液状態のまま導入され、冷媒体用タンク部１３０の許容量まで溜まったときに、気液状態の冷媒体が配管１１７を出て、配管１１６を通って過冷却部２３に導入される。
【０１１２】
第５実施形態に係る車両用空調システム１Ｅによれば、タンク部を簡素化および低コスト化することが可能になる。また、第１実施形態と同様に、図１３（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。
【０１１３】
（第５実施形態の変形例）
図１４は第５実施形態に係る車両用空調システムの変形例を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）モリエル線図上に示したサイクル図である。第５実施形態の変形例に係る車両用空調システム１Ｆは、凝縮部２１の上部に配置した冷媒体用タンク部１３０の配管の接続を変更した構成である。
【０１１４】
図１４（ａ）に示すように、冷媒体用タンク部１３０は、その入口が三方弁１１０の第１導出ポート１１０ｂと配管１１８を介して接続され、その出口が過冷却部２３の上側に位置する入口と配管１１９を介して接続されている。
【０１１５】
この車両用空調システム１Ｆによれば、タンク部を簡素化および低コスト化することが可能になる。また、第１実施形態と同様に図１４（ｂ）に示す過冷却部２３（サブクール領域Ｑ）での放熱を有効に利用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 車両用空調システム
１０ コンプレッサ
１０ａ 吸入口
２０ コンデンサユニット
２１ 凝縮部
２２ 冷媒体タンク部
２３ 過冷却部
３０ コンデンサ
３０ｂ 出口
４０ 自動膨張弁（第１減圧手段）
５０ 第１エバポレータ
６０ 第２エバポレータ
７０ 冷暖切換手段
７１ エアダンパ
８０ ＥＣＵ（制御装置）
１１０ 三方弁
１２０ 電子式膨張弁（第１減圧手段）
１３０ 冷媒体用タンク部
Ｓ 中間絞り（第２減圧手段）
Ｖ１ 電磁弁（コンデンサ遮断手段）
Ｖ３ 電磁弁（過冷却部迂回手段）
Ｖ７ 電磁弁（第１エバポレータ迂回手段）
Ｖ８ 電磁弁（第２エバポレータ迂回手段）
ａ９ 配管（冷媒体回収路）
ａ１０ 配管（第１エバポレータ迂回手段）
ａ１１ 配管（第２エバポレータ迂回手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒体を吸入して圧縮するコンプレッサと、
内部に前記冷媒体を通流し、前記冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサと、
前記コンプレッサから吐出された前記冷媒体と車室内に導入される空調用空気とで熱交換を行うコンデンサユニットと、
前記コンデンサユニットまたは前記コンデンサから導出された前記冷媒体を減圧する第１減圧手段と、
前記第１減圧手段の下流側に配置され、車外に排出される熱源と前記冷媒体とで熱交換を行う第１エバポレータと、
暖房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路と冷房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路とを切り換える冷暖切換手段と、
前記冷暖切換手段を制御する制御装置と、を備え、
前記コンデンサユニットは、前記空調用空気と前記冷媒体とで熱交換を行う凝縮部と、前記凝縮部から導出された前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部と、前記冷媒体タンク部から導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う過冷却部と、を備えていることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
前記第１エバポレータから導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う第２エバポレータを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
【請求項３】
前記コンデンサユニットは、熱交換される前記空調用空気の流れに対し、少なくとも前記過冷却部を上流側に、前記凝縮部を下流側に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調システム。
【請求項４】
前記冷暖切換手段は、
前記第１エバポレータを迂回する第１エバポレータ迂回手段と、
前記第２エバポレータを迂回する第２エバポレータ迂回手段と、
前記コンデンサに前記冷媒体が流れるのを遮断するコンデンサ遮断手段と、
前記冷媒体タンク部および前記過冷却部を迂回する過冷却部迂回手段と、
前記コンデンサユニットに前記空調用空気を通過または遮断させるエアダンパと、を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項５】
前記過冷却部の下流であって前記第１減圧手段の上流に、第２減圧手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項６】
前記コンデンサの出口から前記コンプレッサの吸入口に向けた冷媒体回収路を備え、
前記冷媒体回収路は、暖房運転時に開かれ、冷房運転時に閉じられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項７】
前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部に替えて、前記過冷却部に入りきらない液状の冷媒体をタンクの許容量まで貯留し続け、タンク内が液状の冷媒体で一杯になった後に前記凝縮部まで浸入するように構成した冷媒体用タンク部としたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項８】
前記過冷却部迂回手段と、前記コンデンサ遮断手段とは、三方弁により構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項９】
前記コンデンサユニットの冷媒体タンク部は、このコンデンサユニットから分離されて車室内に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項１】
冷媒体を吸入して圧縮するコンプレッサと、
内部に前記冷媒体を通流し、前記冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサと、
前記コンプレッサから吐出された前記冷媒体と車室内に導入される空調用空気とで熱交換を行うコンデンサユニットと、
前記コンデンサユニットまたは前記コンデンサから導出された前記冷媒体を減圧する第１減圧手段と、
前記第１減圧手段の下流側に配置され、車外に排出される熱源と前記冷媒体とで熱交換を行う第１エバポレータと、
暖房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路と冷房運転時の前記冷媒体および前記空調用空気の流路とを切り換える冷暖切換手段と、
前記冷暖切換手段を制御する制御装置と、を備え、
前記コンデンサユニットは、前記空調用空気と前記冷媒体とで熱交換を行う凝縮部と、前記凝縮部から導出された前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部と、前記冷媒体タンク部から導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う過冷却部と、を備えていることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
前記第１エバポレータから導出された前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行う第２エバポレータを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
【請求項３】
前記コンデンサユニットは、熱交換される前記空調用空気の流れに対し、少なくとも前記過冷却部を上流側に、前記凝縮部を下流側に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調システム。
【請求項４】
前記冷暖切換手段は、
前記第１エバポレータを迂回する第１エバポレータ迂回手段と、
前記第２エバポレータを迂回する第２エバポレータ迂回手段と、
前記コンデンサに前記冷媒体が流れるのを遮断するコンデンサ遮断手段と、
前記冷媒体タンク部および前記過冷却部を迂回する過冷却部迂回手段と、
前記コンデンサユニットに前記空調用空気を通過または遮断させるエアダンパと、を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項５】
前記過冷却部の下流であって前記第１減圧手段の上流に、第２減圧手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項６】
前記コンデンサの出口から前記コンプレッサの吸入口に向けた冷媒体回収路を備え、
前記冷媒体回収路は、暖房運転時に開かれ、冷房運転時に閉じられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項７】
前記冷媒体を気液分離する冷媒体タンク部に替えて、前記過冷却部に入りきらない液状の冷媒体をタンクの許容量まで貯留し続け、タンク内が液状の冷媒体で一杯になった後に前記凝縮部まで浸入するように構成した冷媒体用タンク部としたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項８】
前記過冷却部迂回手段と、前記コンデンサ遮断手段とは、三方弁により構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【請求項９】
前記コンデンサユニットの冷媒体タンク部は、このコンデンサユニットから分離されて車室内に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１８９８２４（Ｐ２０１１−１８９８２４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７１９３（Ｐ２０１０−５７１９３）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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