車両用空調装置
【課題】ヒートポンプ式の空調装置にあって、暖房、冷房のみならず、中間期の適切な温度制御を可能とする車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】第１の冷凍サイクル３１と第２の冷凍サイクル３２とを有し、第１の冷凍サイクル３１を稼動させれば冷房運転モードに、第２の冷凍サイクル３２を稼動させれば暖房運転モードに、それから、第２の冷凍サイクル３２の運転時に第１の冷凍サイクル３１にも冷媒を流して第１のエバポレータ１４を稼働させれば除湿機能を持つ暖房運転モードに、前記第１の冷凍サイクル３１と前記第２の冷凍サイクル３２を共に稼働させれば冷・暖房運転モードになるよう構成され、それらの４つの運転モードが総合信号により選択され空調制御が行われる車両用空調装置である。
【解決手段】第１の冷凍サイクル３１と第２の冷凍サイクル３２とを有し、第１の冷凍サイクル３１を稼動させれば冷房運転モードに、第２の冷凍サイクル３２を稼動させれば暖房運転モードに、それから、第２の冷凍サイクル３２の運転時に第１の冷凍サイクル３１にも冷媒を流して第１のエバポレータ１４を稼働させれば除湿機能を持つ暖房運転モードに、前記第１の冷凍サイクル３１と前記第２の冷凍サイクル３２を共に稼働させれば冷・暖房運転モードになるよう構成され、それらの４つの運転モードが総合信号により選択され空調制御が行われる車両用空調装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に用いられる空調装置に関し、特にヒートポンプ式の車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車の開発、又はエンジンの高効率化等が盛んに行われているが、このような車両においては、従来のエンジン走行車のようにエンジン冷却水を暖房の熱源として用いることができない、又は困難であるため、十分な暖房機能を得るための熱源の確保が模索されている。特に電気自動車の場合、バッテリの電力のみで電動圧縮機を駆動して快適な空気調和を得る必要があり、車両の走行用の電力を浪費しないために、効率のよい冷暖房運転および除湿運転が求められている。
【０００３】
このような状況下、ヒートポンプ冷暖房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置として、例えば特許文献１に開示されているように、四方弁により冷媒の流れを冷房運転時と暖房運転時で逆転させ、暖房運転時には、車室外熱交換器を吸熱器として使用すると共に、車室内熱交換器を放熱器として使用し、冷房運転時には、車室外熱交換器を放熱器として使用するようにした冷凍サイクルが知られている。さらに、特許文献１に記載される空調装置は、車室外から空調装置への導入空気と、車室内から車室外への排出空気とを熱交換させる排気熱回収構造を備えている。この構成により、冷房時は車室外空気よりも冷たい空気を、暖房時は車室外空気より暖かい空気を導入することができ、圧縮機の消費電力を小さくすることができる。
【０００４】
また、特許文献２に示されるように、放熱用熱交換器を車室外と空調装置内双方に設けて直列に接続して冷凍サイクルを構成し、暖房時には三方弁３２を切り替えて車室外熱交換器３８をバイパスさせるようにした構成も知られている。さらに特許文献２に示される車両用ヒートポンプ式空調装置は、コンプレッサ３１へ吸入される冷媒と廃熱を回収した熱媒体を熱交換させる廃熱回収構造を備えている。この構成によれば、回収した廃熱によってコンプレッサが吸引する冷媒の温度が上昇し、結果としてコンプレッサの吐出する冷媒の温度が上昇するため、暖房能力を向上させることができる。
【特許文献１】特開平６−２０６４３３号公報
【特許文献２】特開平６−１７１３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されるような四方弁を用いたヒートポンプ式空調装置においては、冷凍サイクルを構成する熱交換器のうち室内熱交換器５しか車室内空調装置内に設けられていないため、蒸発器によって冷却された空気を放熱器によって適宜加熱すること、いわゆるエアミックスを得ることができない。また、梅雨時など外気温は低いが除湿が必要なときにおいては、冷えすぎないように圧縮機の回転数を低く抑えることが考えられるが、これは単に「弱冷房運転」であって、必要な除湿が得られない恐れがある。また、特許文献１の第３の実施例においては、空調空気を加熱するための電気ヒータ３２が設けられているが、熱源としてはきわめて効率が悪い。
【０００６】
さらに、冷房運転時と暖房運転時で冷媒の流れ方向が変わるため、車室外熱交換器側、車室内熱交換器側にいずれの配管も高温、高圧に耐えられるよう管径等を設定しなければならないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１が備える排気熱回収構造においては、空調装置の導入空気に回収した排気熱を還元する方式となっているため、除湿暖房運転時にはこの排気熱回収を適用できない。もし適用したとすると、室内熱交換器を通過する導入空気の温度が上がってしまい、除湿効果を得るためにコンプレッサが冷やさなければならない熱量が大きくなり、却って効率が悪くなるという不都合が生じる。
【０００８】
この点、特許文献２に開示されるような三方弁を用いたヒートポンプ式空調装置においては、冷凍サイクルを構成する熱交換器のうち放熱器と蒸発器がともに車室内空調装置内に設けられているため、冷房運転、エアミックス運転、除湿暖房運転を得ることができる。しかしながら、冷凍サイクルを流れる冷媒が全て吸収用車室内熱交換器（蒸発器）３５を通過する構成のため、除湿の必要がないときでも空調空気が一旦冷やされるという点で非効率である。
【０００９】
また、冷房運転時においても放熱用車室熱交換器３３を高圧ガスが通過することになり、エアミックスドアが閉鎖されて熱交換が抑制されているとは言え、放射熱や漏れ等で空調空気が暖められてしまうという不都合がある。
【００１０】
さらに、特許文献２が備える廃熱回収構造においては、廃熱が還元される箇所が吸収用車室内熱交換器（蒸発器）３５の下流となるため、回収還元された廃熱の大小に関わらず、吸収用車室内熱交換器を通過する空気の温度は外気温度となる。除湿暖房が必要な状況は一般に外気温度が低く、吸収用車室内熱交換器で吸熱しすぎると熱交換器が凍結してしまうため、凍結が生じない程度に圧縮機の能力を落とさなければならない。結果として、吸熱量が減り、放熱用車室内熱交換器から放熱量が小さくなって暖房能力が不十分となるという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、暖房運転、冷房運転のみならず中間期の適切な温度制御および除湿運転を可能とするヒートポンプ式の空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを持ち、このコンプレッサの出口側に少なくとも２つの冷凍サイクルを備え、第１の冷凍サイクルは、圧縮冷媒と外気とを熱交換させる第１のコンデンサと、この第１のコンデンサにより放熱された冷媒を膨張弁を介して断熱膨張させ、導入空気を冷却し、前記コンプレッサの入り口側に接続される、空調装置本体内に配された第１のエバポレータと、前記コンプレッサ出口側から前記第１のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第１の電磁弁とより成り、第２の冷凍サイクルは、空調装置本体内に配され、圧縮冷媒の持つ熱を放出させる第２のコンデンサと、空調装置本体外に配され、この第２のコンデンサにより放熱された冷媒に吸熱させる第２のエバポレータと、前記コンプレッサの出口側から前記第２のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第２の電磁弁とより成り、更に前記第２の冷凍サイクルの前記第２のコンデンサの下流から分岐して前記第１の冷凍サイクルの前記第１のコンデンサの下流に接続する連絡配管を設け、この連絡配管に開閉型の第３の電磁弁を設けて、前記第２のコンデンサで放熱された冷媒を前記第１の冷凍サイクルへ分配可能に構成したことを特徴としている（請求項１）。
【００１３】
この構成により、二つの冷凍サイクルのうち、第１の冷凍サイクルのみを稼働させれば、第１のエバポレータによる冷却作用が働いて冷房運転となり、第２の冷凍サイクルのみを稼働させれば、第２のコンデンサによる加熱作用が働いて暖房運転となり、そして同時に二つの冷凍サイクルを稼働させれば、第１のエバポレータからの冷風と第２のコンデンサからの温風を混合して温度制御する冷・暖房運転となる。さらに、第２の冷凍サイクル（暖房側）を稼働させながら、その一部の冷媒を第１の冷凍サイクル（冷房側）の第１のエバポレータに分配することにより除湿機能を有する暖房運転となる。このように第１、第２の冷凍サイクルを適宜切り替えることにより、様々な運転が得られ、特に中間期にあって、暖房運転時に除湿を可能として窓ガラスの曇ってしまうことを防ぐことができると共に、冷・暖房運転モードとすれは、冷風と温風をエアミックスダンパによる混合制御を可能として、細かい空調制御を可能としている。
【００１４】
第２のエバポレータへの吸熱は、車室内から車室外へ排出される空気から行うため、車両の後方に、車室内から車室外へ空気を排出させる排気ブロアと、この排出される空気から排熱回収を図る排気熱交換器とを備え、この排気熱交換器と前記第２のコンデンサとの間に循環ポンプを備えた排熱回収サイクルを設けるようにしても良い（請求項２）。この構成により、排気から熱を排気熱交換器により回収し、その熱を排熱回収サイクルを経て第２のエバポレータに伝えて、暖房の貴重な熱源として利用することができる。
【００１５】
また上述においては、第２のコンデンサが空調装置本体に配されて、冷媒の熱を放出しているが、この第２のコンデンサに代わってヒータコアを空調装置本体に配するとともに、第２のコンデンサは空調装置本体外に配し、この第２のコンデンサから放出される熱を循環ポンプを持つヒータコア加熱サイクルを介してこのヒータコアに供給するようにしても良い（請求項３）。この構成により、第２のコンデンサに代えて、ヒータコアにより空調装置内に熱が放出される。
【００１６】
この発明の空調運転モードは、冷房運転モード、暖房運転モード、冷・暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、の４つの運転モードを有し、各空調運転モードを少なくとも室内温度、設定温度から演算される総合信号により切換える制御装置を具備することを特徴としている（請求項４）。
【００１７】
即ち、熱負荷信号である総合信号に基づいて、各空調運転モードを選択でき、暖房要求側から冷房要求側へ、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、冷・暖房運転モード、冷房運転モード、が順次稼動される。
【００１８】
また、前記連絡配管が第２の冷凍サイクルから分岐する分岐点と第２のエバポレータの間に、第４の電磁弁を設けてもよい（請求項５）。この構成により、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサから第２のエバポレータへの冷媒流れを許したり止めたりすることができる。また、この第４の電磁弁を電子膨張弁とした場合（請求項６）、さらに第２のコンデンサから第２のエバポレータへの絞り度合いを調整することが可能となる。
【００１９】
この第４の開閉弁を備えた本発明に係る車両用空調装置においては、第１、第２、第３の電磁弁を開き、第４の電磁弁を閉鎖することにより、第１の冷凍サイクルの第１のコンデンサを通過した冷媒のみならず第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサを通過した全ての冷媒を第１のサイクルの第１のエバポレータに振り分けることができるので、空調装置に導入された外気を効率的に冷却・除湿する一方で、冷えすぎないように第２のコンデンサの熱源により再加熱することが可能となる。このように冷房運転モードでは冷えすぎるが、冷房・暖房モードでは除湿能力が足りない、というような条件のとき、総合信号に基づいて上記の如く各開閉弁を切り替えることにより、前述の４つの運転モードに加え、微冷除湿運転も可能となる（請求項７）。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、請求項１の発明によれば、冷凍サイクルを２つとしたことで、一方の冷凍サイクルを稼動させれば冷房運転となり、他方の冷凍サイクルを稼動させれば暖房運転となり、同時に両者を稼働させれば、冷風と温風が得られることから混合して温度制御を可能とする冷・暖房運転となる。
【００２１】
さらに、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサの下流から分岐して第１の冷凍サイクルの第１のコンデンサの下流に接続する連絡配管が設けられているため、暖房運転時にこの連絡配管に設けられた電磁弁を開くことにより、第２のコンデンサで放熱された冷媒の一部を第１の冷凍サイクルの第１のエバポレータに分配することが可能となる。これにより、空調装置に導入された空気が第１のエバポレータで冷却・除湿されることとなり、除湿機能を持つ暖房運転が得られる。第１のエバポレータに分配される冷媒は一部のみであり、残りの冷媒は第２のサイクルを流れるため、特許文献２に示されるヒートポンプ装置のように全ての冷媒が室内熱交換器に流されて導入空気が過度に冷却されることがなく、効率的な除湿暖房運転が得られる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、車室内から車室外へ排出される空気から回収された熱は、排熱回収サイクルを介して前記第２の冷凍サイクルの第２のエバポレータに吸熱される。第２のエバポレータは空調装置本体外に配されているため、特許文献１に示される排気熱回収構造のように、空調装置に導入された除湿前の外気を暖めてしまい除湿機能が損なわれてしまうことがない。
【００２３】
請求項３の発明によれば、第２のコンデンサに代わってヒータコアが空調装置本体内に配され、空調装置本体外に配された第２のコンデンサから放出された熱が循環ポンプを持つヒータコア加熱サイクルを介してヒータコアに供給される。この構成により、第２の冷凍サイクルの高圧高温冷媒を空調装置本体まで導くことが不要になり、媒体に水等を用いた容易な配管構成ヒータコア加熱サイクルにてヒータコアに熱を供給することが可能となる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、冷・暖房運転モード、冷房運転モードの４つの運転モードが熱負荷信号である総合信号により切換えられ、良好な空調制御を得ることができる。
【００２５】
請求項５および６の発明によれば、連絡配管が第２の冷凍サイクルから分岐する分岐点と第２のエバポレータの間に、第４の電磁弁が設けられているため、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサから第２のエバポレータへの冷媒流れを開閉もしくは絞り度合いを加減することができる。特に第１、第２、第３の電磁弁を開放し、第４の電磁弁を閉鎖することにより、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサで放熱した冷媒全てを第１のサイクルの第１のエバポレータに振り分けて十分な冷却・除湿能力を確保すると同時に、第２のコンデンサによる熱源により冷えすぎが緩和されるため、微冷除湿運転が可能となる。このように、冷房運転モードでは冷房能力が過剰であるが、冷・暖房運転モードでは冷房能力が足りない、というような条件のとき、熱負荷状況を示す総合信号に基づいて、この微冷除湿運転モードに切り替えることにより、さらに好適な空調制御が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１において、車両用空調装置１は、車室３内の温度等を制御する装置であり、車両２に搭載された空調装置本体４は、空調ケース５の上流側にインテーク部６を備え、インテークドア７の作動によって内気導入口１０と外気導入口１１を切換えて、内気又は外気の導入を選択している。そして、ブロア１２により導入される内気又は外気を下流へ送り出している。
【００２８】
前記インテーク部６の下流には、導入空気を冷却するための第１のエバポレータ１４が配され、ここを通過する空気を冷却している。この第１のエバポレータ１４は下記に説明する冷凍サイクル３０の構成要素となっている。
【００２９】
第２のコンデンサ１６は、前記空調装置本体４内で前記第１のエバポレータ１４の下流に配され、下記する冷凍サイクル３０からの熱の供給を受けて、ここを通過する空気を加熱している。この第２のコンデンサ１６への通過空気量は、その前に設けられたミックスドア１７にて制御され、この下流域で第２のコンデンサ１６を通過して暖められた温風と、この第２のコンデンサ１６をバイパスした冷風と混合することで、吹出空気温度が調温されている。
【００３０】
そして、調温された空気が、選択されている吹出モードによりデフロスト吹出口１８、ベント吹出口１９及び足元吹出口２０から車室３内に吹出される。２１は熱源不足時に用いられるＰＴＣなどの補助ヒータである。
【００３１】
車室３内の後方には、排気空気から熱を回収する排熱回収システムの排気熱交換器２６が設けられ、この排気熱交換器２６は排気ブロア２４も共に排気ケース２５に包まれ、車室３内から排出される空気（内気）から熱交換して熱の回収を図っている。この排気熱交換器２６は下記に説明する排熱回収サイクル４７を構成している。
【００３２】
冷凍サイクル３０は、冷媒を加圧するモータ駆動のコンプレッサ３３を共通とし、該コンプレッサ３３からの吐出側に２つの第１及び第２の冷凍サイクル３１及び３２を備えている。前記第１の冷凍サイクル３１は、第１の開閉型の電磁弁３４を介して車室外に配された第１のコンデンサ３５に接続され、この第１のコンデンサ３５で放熱され、冷媒は液化され、一方向弁３６を介して前記第１のエバポレータ１４に流される。
【００３３】
第１のエバポレータ１４は積層型、フィンアンドチューブ型等で、その上流側に絞り弁３８を持ち、この絞り弁３８により冷媒は断熱膨張され、その際に吸熱し、第１のエバポレータ１４を通る空気を冷風化する。そして、冷媒は吸熱して気化されながら、該第１のエバポレータ１４の出口からアキュームレータ３９に至り、そこで、一時的に貯められた後、コンプレッサ３３に吸入される。即ち、第１の冷凍サイクル３１を稼働させることで、冷媒が実線矢印のように流れ、車室内を冷房する働きが行われる。４０は高圧側の圧力を検出する圧力検出器である。
【００３４】
それから、第２の冷凍サイクル３２は、第２の開閉型の電磁弁４１を介して前述した空調装置本体４内に配された第２のコンデンサ１６が接続され、この第２のコンデンサ１６で高温高圧の冷媒ガスの持つ熱が放熱される。即ち、第２の冷凍サイクル３２を稼働させることで、車室内を暖房する働きが行われる。そして、第２のコンデンサ１６からの冷媒は、下記する第２のエバポレータ４５に流される。
【００３５】
第２のエバポレータ４５に流される冷媒は、その上流側に設けられたオリフィス４６により断熱膨張され、第２のエバポレータ４５にて下記する排熱回収サイクル４７と熱交換される。熱交換する部位の構造は、冷媒が流れる第２のエバポレータの複数の扁平チューブと、下記する熱媒体が流れる排熱回収サイクル４７の放熱部５０の複数の扁平チューブが、それぞれ互いに重なり合って積層されてなり、この排熱回収サイクル４７の熱媒体の熱を第２の冷凍サイクルの冷媒に吸熱させることが可能となっている。
【００３６】
この排熱回収サイクル４７は、前述した排気熱交換器２６で回収した温熱を、水を媒体にして第１の循環ポンプ４８にて前記放熱部５０に循環させることにより構成されている。これにより、車室３内から車室３外へ排出される空気から回収した排熱を、放熱部５０にて第２の冷凍サイクル３２と熱交換させ、暖房運転時の貴重な熱源として利用することが可能となっている。なお、この排熱回収サイクル４７には、他の熱源であるモータ等の機器から吸熱部４９も接続している。
【００３７】
さらに、第２のエバポレータ４５からの冷媒は、前記したアキュームレータ３９に至り、ここで貯められた後コンプレッサ３３に吸入される。このように、第２の冷凍サイクル３２を稼働させることで、冷媒が点線矢印のように流れ、車室内を暖房する働きが行われる。
【００３８】
また、冷凍サイクル３０には、前記第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサ１６の下流から分岐して前記第１の冷凍サイクルの第１のコンデンサ３５の下流に接続する連絡配管５６が設けられている。さらにこの連絡配管５６上には、第３の開閉弁５７と一方向弁５８が設けられている。
【００３９】
暖房運転時、すなわち第２の冷凍サイクル３２が稼動しているときに、この第３の開閉型の電磁弁５７を開けることで、そこを流れる冷媒の一部が二点鎖線矢印のように第１の冷凍サイクルの第１のエバポレータ１４側に分配される。これにより、導入空気を第１のエバポレータ１４によって冷却・除湿し、さらに第２のコンデンサによって加熱する、除湿機能を持つ暖房運転が得られる。
【００４０】
特許文献２に記載されるヒートポンプ式冷暖房装置においては、暖房運転時においても全ての冷媒を第１のエバポレータに流す構成のため、導入空気が冷却されすぎてしまい、第１のエバポレータが凍結したり、暖房能力を低下させる問題があったが、本発明の構成においては、第１の冷凍サイクル３１の第１のエバポレータ１４に分配される冷媒は一部のみであるため、導入空気が冷却されすぎて、暖房能力を低下させたり、第１のエバポレータ３１が凍結する恐れがない。このように、車室内の湿度が高く車外の温度が低い時に、暖房能力を損なうことなくガラス面に発生する曇りを防止する効果を持たすことができる。
【００４１】
上記の構成において、第１の開閉型の電磁弁３４を開けば、第１の冷凍サイクル３１に冷媒が流れて冷房運転モードとなり、第２の開閉型の電磁弁４１を開けば、第２の冷凍サイクル３２に冷媒が流れて暖房運転モードとなり、第１の開閉型の電磁弁３４と第２の開閉型の電磁弁４１とを共に開けば、冷・暖房運転モードとなり、そして、第２の開閉型の電磁弁４１と第３の開閉型の電磁弁５７を共に開けば、除湿機能を持つ暖房運転モードとなる。なお、上記において、説明のないその他の開閉弁は閉状態となっている。このように、４つのモードの運転が３個の電磁弁の制御で行われる。
【００４２】
各運転モードの選択は、図示しないがマイクロコンピュータなどの制御装置で行われ、例えば図３に示すフローのように行われる。車両用空量装置１が稼働されると、ステップ１０１において、外気温度、車室内温度、設定温度、日射などの熱負荷情報から総合信号（Ｔｍ）が制御装置により演算される。
【００４３】
総合信号が演算されたら、ステップ１０２に進み、運転モード選択が行われる。即ち、総合信号（Ｔｍ）により、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード（図３においては除湿暖房と記述する）、冷・暖房運転モード、冷房運転モードの一つが選ばれる。
【００４４】
４つの運転モードから一つが選択されると、その運転モードを稼働させるための電磁弁３４，４１，５７の制御が以下のステップにより行われる。冷房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房モード？」と判断され、「ＹＥＳ」であるから、ステップ１０４に進み、第２の電磁弁４１は閉に、それから、ステップ１０５に進み、第１の電磁弁３４は開に、それから、ステップ１０６に進み、第３の電磁弁５７は閉とされる。即ち、第１の冷凍サイクル３１が稼働され、冷媒が図１の実線矢印のように流され、冷房運転モードが稼働される。
【００４５】
冷・暖房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房運転モード？
」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０７に進み、第２の電磁弁４１は開に、それからステップ１０８に進み「冷・暖房運転モード？」と判断され、「ＹＥＳ」であるから、ステップ１０５に進み、第１の電磁弁３４は開に、それからステップ１０６に進み第３の電磁弁５７は閉とされる。即ち第１及び第２の冷凍サイクル３１，３２が稼働され、冷媒が図１の実線矢印及び点線矢印のように流され、冷・暖房運転モードが稼働される。このため、冷風と温風を混合して温度調節をすることから、温度制御の自由度が増し、中間期の温調に最適である。
【００４６】
除湿暖房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０７に進み、第２の電磁弁４１は開に、それから、ステップ１０８に進み「冷・暖房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０９に進み、第１の電磁弁は開に、それから、ステップ１１０に進み、「除湿暖房運転？」と判断され、「ＹＥＳ
」であるから、ステップ１１１に進んで第３の電磁弁５７は開とされる。即ち、第２の冷凍サイクル３２と連絡配管５６に冷媒が点線矢印と二点鎖線矢印のように流され、除湿機能を持つ暖房運転モードが稼働される。このため、低外気時にフロントガラスの曇り止め作用が行え、有効な効果となる。
【００４７】
暖房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０７に進み、第２の電磁弁４１は開に、それから「冷・暖房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０９に進み、第１の電磁弁３４は閉に、それから、ステップ１１０に進み、「除湿暖房モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０６に進み、第３の電磁弁５７を閉とされる。即ち、第２の冷凍サイクル３２に冷媒が点線矢印のように流され、暖房運転モードが稼働される。
【実施例２】
【００４８】
図２において、この発明の２番目の実施例が示されている。この実施例２が前記実施例１と異なる所は、前記実施例１が直接第２のコンデンサ１６を空調装置本体４内に配しているのに対し、この実施例２においては、第２のコンデンサ１６を空調装置本体４外に配し、この第２のコンデンサ１６からヒータコア加熱サイクル６２を介して加熱媒体（水）を空調装置本体４内に配されたヒータコア６１に送り、このヒータコア６１を加熱するようにしている。
【００４９】
即ち、第２の冷凍サイクル３２に設けられた第２のコンデンサ１６にヒータコア加熱サイクル６２の受熱部６３が添着された構成で、この受熱部６３により第２のコンデンサ１６からの放熱が回収される。この第２のコンデンサ１６は、冷媒の流れる部位と前記受熱部６３の水が流れる部位との間にフィンを介した構成で、第２のコンデンサ１６から放熱された熱はヒータコア加熱サイクル６２の水側に伝えられる。
【００５０】
前記受熱部６３は、第２の循環ポンプ６０と空調装置本体４内に配されたヒータコア６１とで閉サイクルのヒータコア加熱サイクル６２を構成し、回収された熱はヒータコア６１に至って、放熱される。この実施例２にあっては、ヒータコア加熱サイクル６２を設けたことが実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同一のため、同一部分を同じ符号を付して説明を省略した。この実施例２にあっても、前述した４つの運転モードを総合信号により、選択して空調運転が行われることは勿論である。
【実施例３】
【００５１】
図４において、この発明の３番目の実施例が示されている。前記実施例１においては、第２のエバポレータ４５の上流にオリフィス４６が設けられているのに対し、この実施例３においては、このオリフィス４６の上流または下流に開閉型の第４の電磁弁５２が設けられており、第２のコンデンサ１６から第２のエバポレータ４５への冷媒流れを開閉できるようになっている。
【００５２】
この第３の実施例においては、前記第１の実施例における冷房運転モード、暖房運転モード、冷・暖房運転モード、除湿機能つき暖房運転モードに加え、さらに微冷除湿運転モードが可能となっている。この微冷除湿運転モードにおいては、第１の電磁弁３４と第２の電磁弁４１両方を開くことにより、コンプレッサ３３から吐出された冷媒は第１の冷凍サイクル３１の第１のコンデンサ３５と第２の冷凍サイクル３２の第２のコンデンサ１６に振り分けられる。ここまでは冷・暖房運転モードと同じであるが、この微冷除湿運転モードおいては、さらに第３の電磁弁５７を開いて第４の電磁弁５２を閉じることにより、第２の冷凍サイクル３２の第２のコンデンサ１６に流れた冷媒を、連絡配管５６を介して第１の冷凍サイクル３１の第１のエバポレータ１４に流入させている。これにより、冷・暖房運転モードにおいては、第１の冷凍サイクル３１に振り分けられた冷媒のみで空調装置本体４に導入された空気を冷却しなければならないところ、この微冷除湿運転モードにおいては、第１の冷凍サイクル３１に分配された冷媒と第２の冷凍サイクル３２に分配された冷媒がともに第１のエバポレータ１４を通過するため、冷・暖房モードに比して冷房要求が高い条件のときに好ましい空調制御が得られる。
【００５３】
この実施例３における各運転モードの選択は、外気温度、車室内温度、設定温度、日射などの熱負荷情報から演算された総合信号に基づいて、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、冷・暖房モード、微冷除湿運転モード、冷房運転モード、の５つの運転モードから一つが選択される。総合信号によるモード判定と各電磁弁の開閉操作手順は、前述の実施例１と同様の考え方であるため詳述しないが、各モードに対する各電磁弁の開閉パターンを図６に示す。
【実施例４】
【００５４】
図５において、この発明の４番目の実施例が示されている。前記実施例３においては、オリフィス４６の上流に第４の電磁弁として開閉型の弁が設けられているのに対し、実施例４においては、オリフィス４６が除かれ、開閉型の電磁弁５２に変えて電子膨張弁５３が設けられている。これにより、第２のコンデンサ１６から第２のエバポレータ４５への絞り度合いを調節することが可能となり、微冷除湿運転モードから冷・暖房運転モードへの切り替わりを連続的に行うことも可能となる。
【００５５】
なお、実施例３、実施例４に対しても、前述の実施例２と同様に、空調装置本体４外に配した第２のコンデンサ１６から、ヒータコア加熱サイクル６２を介して空調装置本体４に配されたヒータコア６１を加熱するように構成することが可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明に係る車両用空量装置の実施例１の構成図である。
【図２】この発明に係る車両用空調装置の実施例２の構成図である。
【図３】この発明に係る車両用空調装置の実施例１及び２の運転モードのフローチャートである。
【図４】この発明に係る車両用空調装置の実施例３の構成図である。
【図５】この発明に係る車両用空調装置の実施例４の構成図である。
【図６】この発明に係る車両用空調装置の実施例３の運転モードに対する電磁弁の開閉パターンである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 車両空調装置
２ 車両
３ 車室
４ 空調装置本体
６ インテーク部
１２ フロント側のブロア
１４ 第１のエバポレータ
１６ 第２のコンデンサ
１７ ミックスドア
２１ 補助ヒータ
２４ 排気ブロア
２５ 排気ケース
２６ 排気熱交換器
３０ 冷凍サイクル
３１ 第１の冷凍サイクル
３２ 第２の冷凍サイクル
３３ コンプレッサ
３４ 第１の開閉型の電磁弁
３５ 第１のコンデンサ
３９ アキュームレータ
４１ 第２の開閉型の電磁弁
４５ 第２のエバポレータ
４７ 排熱回収サイクル
５２ 第４の開閉型の電磁弁
５６ 連絡配管
５７ 第３の開閉型の電磁弁
６１ ヒータコア
６２ ヒータコア加熱サイクル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に用いられる空調装置に関し、特にヒートポンプ式の車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車の開発、又はエンジンの高効率化等が盛んに行われているが、このような車両においては、従来のエンジン走行車のようにエンジン冷却水を暖房の熱源として用いることができない、又は困難であるため、十分な暖房機能を得るための熱源の確保が模索されている。特に電気自動車の場合、バッテリの電力のみで電動圧縮機を駆動して快適な空気調和を得る必要があり、車両の走行用の電力を浪費しないために、効率のよい冷暖房運転および除湿運転が求められている。
【０００３】
このような状況下、ヒートポンプ冷暖房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置として、例えば特許文献１に開示されているように、四方弁により冷媒の流れを冷房運転時と暖房運転時で逆転させ、暖房運転時には、車室外熱交換器を吸熱器として使用すると共に、車室内熱交換器を放熱器として使用し、冷房運転時には、車室外熱交換器を放熱器として使用するようにした冷凍サイクルが知られている。さらに、特許文献１に記載される空調装置は、車室外から空調装置への導入空気と、車室内から車室外への排出空気とを熱交換させる排気熱回収構造を備えている。この構成により、冷房時は車室外空気よりも冷たい空気を、暖房時は車室外空気より暖かい空気を導入することができ、圧縮機の消費電力を小さくすることができる。
【０００４】
また、特許文献２に示されるように、放熱用熱交換器を車室外と空調装置内双方に設けて直列に接続して冷凍サイクルを構成し、暖房時には三方弁３２を切り替えて車室外熱交換器３８をバイパスさせるようにした構成も知られている。さらに特許文献２に示される車両用ヒートポンプ式空調装置は、コンプレッサ３１へ吸入される冷媒と廃熱を回収した熱媒体を熱交換させる廃熱回収構造を備えている。この構成によれば、回収した廃熱によってコンプレッサが吸引する冷媒の温度が上昇し、結果としてコンプレッサの吐出する冷媒の温度が上昇するため、暖房能力を向上させることができる。
【特許文献１】特開平６−２０６４３３号公報
【特許文献２】特開平６−１７１３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されるような四方弁を用いたヒートポンプ式空調装置においては、冷凍サイクルを構成する熱交換器のうち室内熱交換器５しか車室内空調装置内に設けられていないため、蒸発器によって冷却された空気を放熱器によって適宜加熱すること、いわゆるエアミックスを得ることができない。また、梅雨時など外気温は低いが除湿が必要なときにおいては、冷えすぎないように圧縮機の回転数を低く抑えることが考えられるが、これは単に「弱冷房運転」であって、必要な除湿が得られない恐れがある。また、特許文献１の第３の実施例においては、空調空気を加熱するための電気ヒータ３２が設けられているが、熱源としてはきわめて効率が悪い。
【０００６】
さらに、冷房運転時と暖房運転時で冷媒の流れ方向が変わるため、車室外熱交換器側、車室内熱交換器側にいずれの配管も高温、高圧に耐えられるよう管径等を設定しなければならないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１が備える排気熱回収構造においては、空調装置の導入空気に回収した排気熱を還元する方式となっているため、除湿暖房運転時にはこの排気熱回収を適用できない。もし適用したとすると、室内熱交換器を通過する導入空気の温度が上がってしまい、除湿効果を得るためにコンプレッサが冷やさなければならない熱量が大きくなり、却って効率が悪くなるという不都合が生じる。
【０００８】
この点、特許文献２に開示されるような三方弁を用いたヒートポンプ式空調装置においては、冷凍サイクルを構成する熱交換器のうち放熱器と蒸発器がともに車室内空調装置内に設けられているため、冷房運転、エアミックス運転、除湿暖房運転を得ることができる。しかしながら、冷凍サイクルを流れる冷媒が全て吸収用車室内熱交換器（蒸発器）３５を通過する構成のため、除湿の必要がないときでも空調空気が一旦冷やされるという点で非効率である。
【０００９】
また、冷房運転時においても放熱用車室熱交換器３３を高圧ガスが通過することになり、エアミックスドアが閉鎖されて熱交換が抑制されているとは言え、放射熱や漏れ等で空調空気が暖められてしまうという不都合がある。
【００１０】
さらに、特許文献２が備える廃熱回収構造においては、廃熱が還元される箇所が吸収用車室内熱交換器（蒸発器）３５の下流となるため、回収還元された廃熱の大小に関わらず、吸収用車室内熱交換器を通過する空気の温度は外気温度となる。除湿暖房が必要な状況は一般に外気温度が低く、吸収用車室内熱交換器で吸熱しすぎると熱交換器が凍結してしまうため、凍結が生じない程度に圧縮機の能力を落とさなければならない。結果として、吸熱量が減り、放熱用車室内熱交換器から放熱量が小さくなって暖房能力が不十分となるという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、暖房運転、冷房運転のみならず中間期の適切な温度制御および除湿運転を可能とするヒートポンプ式の空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを持ち、このコンプレッサの出口側に少なくとも２つの冷凍サイクルを備え、第１の冷凍サイクルは、圧縮冷媒と外気とを熱交換させる第１のコンデンサと、この第１のコンデンサにより放熱された冷媒を膨張弁を介して断熱膨張させ、導入空気を冷却し、前記コンプレッサの入り口側に接続される、空調装置本体内に配された第１のエバポレータと、前記コンプレッサ出口側から前記第１のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第１の電磁弁とより成り、第２の冷凍サイクルは、空調装置本体内に配され、圧縮冷媒の持つ熱を放出させる第２のコンデンサと、空調装置本体外に配され、この第２のコンデンサにより放熱された冷媒に吸熱させる第２のエバポレータと、前記コンプレッサの出口側から前記第２のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第２の電磁弁とより成り、更に前記第２の冷凍サイクルの前記第２のコンデンサの下流から分岐して前記第１の冷凍サイクルの前記第１のコンデンサの下流に接続する連絡配管を設け、この連絡配管に開閉型の第３の電磁弁を設けて、前記第２のコンデンサで放熱された冷媒を前記第１の冷凍サイクルへ分配可能に構成したことを特徴としている（請求項１）。
【００１３】
この構成により、二つの冷凍サイクルのうち、第１の冷凍サイクルのみを稼働させれば、第１のエバポレータによる冷却作用が働いて冷房運転となり、第２の冷凍サイクルのみを稼働させれば、第２のコンデンサによる加熱作用が働いて暖房運転となり、そして同時に二つの冷凍サイクルを稼働させれば、第１のエバポレータからの冷風と第２のコンデンサからの温風を混合して温度制御する冷・暖房運転となる。さらに、第２の冷凍サイクル（暖房側）を稼働させながら、その一部の冷媒を第１の冷凍サイクル（冷房側）の第１のエバポレータに分配することにより除湿機能を有する暖房運転となる。このように第１、第２の冷凍サイクルを適宜切り替えることにより、様々な運転が得られ、特に中間期にあって、暖房運転時に除湿を可能として窓ガラスの曇ってしまうことを防ぐことができると共に、冷・暖房運転モードとすれは、冷風と温風をエアミックスダンパによる混合制御を可能として、細かい空調制御を可能としている。
【００１４】
第２のエバポレータへの吸熱は、車室内から車室外へ排出される空気から行うため、車両の後方に、車室内から車室外へ空気を排出させる排気ブロアと、この排出される空気から排熱回収を図る排気熱交換器とを備え、この排気熱交換器と前記第２のコンデンサとの間に循環ポンプを備えた排熱回収サイクルを設けるようにしても良い（請求項２）。この構成により、排気から熱を排気熱交換器により回収し、その熱を排熱回収サイクルを経て第２のエバポレータに伝えて、暖房の貴重な熱源として利用することができる。
【００１５】
また上述においては、第２のコンデンサが空調装置本体に配されて、冷媒の熱を放出しているが、この第２のコンデンサに代わってヒータコアを空調装置本体に配するとともに、第２のコンデンサは空調装置本体外に配し、この第２のコンデンサから放出される熱を循環ポンプを持つヒータコア加熱サイクルを介してこのヒータコアに供給するようにしても良い（請求項３）。この構成により、第２のコンデンサに代えて、ヒータコアにより空調装置内に熱が放出される。
【００１６】
この発明の空調運転モードは、冷房運転モード、暖房運転モード、冷・暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、の４つの運転モードを有し、各空調運転モードを少なくとも室内温度、設定温度から演算される総合信号により切換える制御装置を具備することを特徴としている（請求項４）。
【００１７】
即ち、熱負荷信号である総合信号に基づいて、各空調運転モードを選択でき、暖房要求側から冷房要求側へ、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、冷・暖房運転モード、冷房運転モード、が順次稼動される。
【００１８】
また、前記連絡配管が第２の冷凍サイクルから分岐する分岐点と第２のエバポレータの間に、第４の電磁弁を設けてもよい（請求項５）。この構成により、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサから第２のエバポレータへの冷媒流れを許したり止めたりすることができる。また、この第４の電磁弁を電子膨張弁とした場合（請求項６）、さらに第２のコンデンサから第２のエバポレータへの絞り度合いを調整することが可能となる。
【００１９】
この第４の開閉弁を備えた本発明に係る車両用空調装置においては、第１、第２、第３の電磁弁を開き、第４の電磁弁を閉鎖することにより、第１の冷凍サイクルの第１のコンデンサを通過した冷媒のみならず第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサを通過した全ての冷媒を第１のサイクルの第１のエバポレータに振り分けることができるので、空調装置に導入された外気を効率的に冷却・除湿する一方で、冷えすぎないように第２のコンデンサの熱源により再加熱することが可能となる。このように冷房運転モードでは冷えすぎるが、冷房・暖房モードでは除湿能力が足りない、というような条件のとき、総合信号に基づいて上記の如く各開閉弁を切り替えることにより、前述の４つの運転モードに加え、微冷除湿運転も可能となる（請求項７）。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、請求項１の発明によれば、冷凍サイクルを２つとしたことで、一方の冷凍サイクルを稼動させれば冷房運転となり、他方の冷凍サイクルを稼動させれば暖房運転となり、同時に両者を稼働させれば、冷風と温風が得られることから混合して温度制御を可能とする冷・暖房運転となる。
【００２１】
さらに、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサの下流から分岐して第１の冷凍サイクルの第１のコンデンサの下流に接続する連絡配管が設けられているため、暖房運転時にこの連絡配管に設けられた電磁弁を開くことにより、第２のコンデンサで放熱された冷媒の一部を第１の冷凍サイクルの第１のエバポレータに分配することが可能となる。これにより、空調装置に導入された空気が第１のエバポレータで冷却・除湿されることとなり、除湿機能を持つ暖房運転が得られる。第１のエバポレータに分配される冷媒は一部のみであり、残りの冷媒は第２のサイクルを流れるため、特許文献２に示されるヒートポンプ装置のように全ての冷媒が室内熱交換器に流されて導入空気が過度に冷却されることがなく、効率的な除湿暖房運転が得られる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、車室内から車室外へ排出される空気から回収された熱は、排熱回収サイクルを介して前記第２の冷凍サイクルの第２のエバポレータに吸熱される。第２のエバポレータは空調装置本体外に配されているため、特許文献１に示される排気熱回収構造のように、空調装置に導入された除湿前の外気を暖めてしまい除湿機能が損なわれてしまうことがない。
【００２３】
請求項３の発明によれば、第２のコンデンサに代わってヒータコアが空調装置本体内に配され、空調装置本体外に配された第２のコンデンサから放出された熱が循環ポンプを持つヒータコア加熱サイクルを介してヒータコアに供給される。この構成により、第２の冷凍サイクルの高圧高温冷媒を空調装置本体まで導くことが不要になり、媒体に水等を用いた容易な配管構成ヒータコア加熱サイクルにてヒータコアに熱を供給することが可能となる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、冷・暖房運転モード、冷房運転モードの４つの運転モードが熱負荷信号である総合信号により切換えられ、良好な空調制御を得ることができる。
【００２５】
請求項５および６の発明によれば、連絡配管が第２の冷凍サイクルから分岐する分岐点と第２のエバポレータの間に、第４の電磁弁が設けられているため、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサから第２のエバポレータへの冷媒流れを開閉もしくは絞り度合いを加減することができる。特に第１、第２、第３の電磁弁を開放し、第４の電磁弁を閉鎖することにより、第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサで放熱した冷媒全てを第１のサイクルの第１のエバポレータに振り分けて十分な冷却・除湿能力を確保すると同時に、第２のコンデンサによる熱源により冷えすぎが緩和されるため、微冷除湿運転が可能となる。このように、冷房運転モードでは冷房能力が過剰であるが、冷・暖房運転モードでは冷房能力が足りない、というような条件のとき、熱負荷状況を示す総合信号に基づいて、この微冷除湿運転モードに切り替えることにより、さらに好適な空調制御が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１において、車両用空調装置１は、車室３内の温度等を制御する装置であり、車両２に搭載された空調装置本体４は、空調ケース５の上流側にインテーク部６を備え、インテークドア７の作動によって内気導入口１０と外気導入口１１を切換えて、内気又は外気の導入を選択している。そして、ブロア１２により導入される内気又は外気を下流へ送り出している。
【００２８】
前記インテーク部６の下流には、導入空気を冷却するための第１のエバポレータ１４が配され、ここを通過する空気を冷却している。この第１のエバポレータ１４は下記に説明する冷凍サイクル３０の構成要素となっている。
【００２９】
第２のコンデンサ１６は、前記空調装置本体４内で前記第１のエバポレータ１４の下流に配され、下記する冷凍サイクル３０からの熱の供給を受けて、ここを通過する空気を加熱している。この第２のコンデンサ１６への通過空気量は、その前に設けられたミックスドア１７にて制御され、この下流域で第２のコンデンサ１６を通過して暖められた温風と、この第２のコンデンサ１６をバイパスした冷風と混合することで、吹出空気温度が調温されている。
【００３０】
そして、調温された空気が、選択されている吹出モードによりデフロスト吹出口１８、ベント吹出口１９及び足元吹出口２０から車室３内に吹出される。２１は熱源不足時に用いられるＰＴＣなどの補助ヒータである。
【００３１】
車室３内の後方には、排気空気から熱を回収する排熱回収システムの排気熱交換器２６が設けられ、この排気熱交換器２６は排気ブロア２４も共に排気ケース２５に包まれ、車室３内から排出される空気（内気）から熱交換して熱の回収を図っている。この排気熱交換器２６は下記に説明する排熱回収サイクル４７を構成している。
【００３２】
冷凍サイクル３０は、冷媒を加圧するモータ駆動のコンプレッサ３３を共通とし、該コンプレッサ３３からの吐出側に２つの第１及び第２の冷凍サイクル３１及び３２を備えている。前記第１の冷凍サイクル３１は、第１の開閉型の電磁弁３４を介して車室外に配された第１のコンデンサ３５に接続され、この第１のコンデンサ３５で放熱され、冷媒は液化され、一方向弁３６を介して前記第１のエバポレータ１４に流される。
【００３３】
第１のエバポレータ１４は積層型、フィンアンドチューブ型等で、その上流側に絞り弁３８を持ち、この絞り弁３８により冷媒は断熱膨張され、その際に吸熱し、第１のエバポレータ１４を通る空気を冷風化する。そして、冷媒は吸熱して気化されながら、該第１のエバポレータ１４の出口からアキュームレータ３９に至り、そこで、一時的に貯められた後、コンプレッサ３３に吸入される。即ち、第１の冷凍サイクル３１を稼働させることで、冷媒が実線矢印のように流れ、車室内を冷房する働きが行われる。４０は高圧側の圧力を検出する圧力検出器である。
【００３４】
それから、第２の冷凍サイクル３２は、第２の開閉型の電磁弁４１を介して前述した空調装置本体４内に配された第２のコンデンサ１６が接続され、この第２のコンデンサ１６で高温高圧の冷媒ガスの持つ熱が放熱される。即ち、第２の冷凍サイクル３２を稼働させることで、車室内を暖房する働きが行われる。そして、第２のコンデンサ１６からの冷媒は、下記する第２のエバポレータ４５に流される。
【００３５】
第２のエバポレータ４５に流される冷媒は、その上流側に設けられたオリフィス４６により断熱膨張され、第２のエバポレータ４５にて下記する排熱回収サイクル４７と熱交換される。熱交換する部位の構造は、冷媒が流れる第２のエバポレータの複数の扁平チューブと、下記する熱媒体が流れる排熱回収サイクル４７の放熱部５０の複数の扁平チューブが、それぞれ互いに重なり合って積層されてなり、この排熱回収サイクル４７の熱媒体の熱を第２の冷凍サイクルの冷媒に吸熱させることが可能となっている。
【００３６】
この排熱回収サイクル４７は、前述した排気熱交換器２６で回収した温熱を、水を媒体にして第１の循環ポンプ４８にて前記放熱部５０に循環させることにより構成されている。これにより、車室３内から車室３外へ排出される空気から回収した排熱を、放熱部５０にて第２の冷凍サイクル３２と熱交換させ、暖房運転時の貴重な熱源として利用することが可能となっている。なお、この排熱回収サイクル４７には、他の熱源であるモータ等の機器から吸熱部４９も接続している。
【００３７】
さらに、第２のエバポレータ４５からの冷媒は、前記したアキュームレータ３９に至り、ここで貯められた後コンプレッサ３３に吸入される。このように、第２の冷凍サイクル３２を稼働させることで、冷媒が点線矢印のように流れ、車室内を暖房する働きが行われる。
【００３８】
また、冷凍サイクル３０には、前記第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサ１６の下流から分岐して前記第１の冷凍サイクルの第１のコンデンサ３５の下流に接続する連絡配管５６が設けられている。さらにこの連絡配管５６上には、第３の開閉弁５７と一方向弁５８が設けられている。
【００３９】
暖房運転時、すなわち第２の冷凍サイクル３２が稼動しているときに、この第３の開閉型の電磁弁５７を開けることで、そこを流れる冷媒の一部が二点鎖線矢印のように第１の冷凍サイクルの第１のエバポレータ１４側に分配される。これにより、導入空気を第１のエバポレータ１４によって冷却・除湿し、さらに第２のコンデンサによって加熱する、除湿機能を持つ暖房運転が得られる。
【００４０】
特許文献２に記載されるヒートポンプ式冷暖房装置においては、暖房運転時においても全ての冷媒を第１のエバポレータに流す構成のため、導入空気が冷却されすぎてしまい、第１のエバポレータが凍結したり、暖房能力を低下させる問題があったが、本発明の構成においては、第１の冷凍サイクル３１の第１のエバポレータ１４に分配される冷媒は一部のみであるため、導入空気が冷却されすぎて、暖房能力を低下させたり、第１のエバポレータ３１が凍結する恐れがない。このように、車室内の湿度が高く車外の温度が低い時に、暖房能力を損なうことなくガラス面に発生する曇りを防止する効果を持たすことができる。
【００４１】
上記の構成において、第１の開閉型の電磁弁３４を開けば、第１の冷凍サイクル３１に冷媒が流れて冷房運転モードとなり、第２の開閉型の電磁弁４１を開けば、第２の冷凍サイクル３２に冷媒が流れて暖房運転モードとなり、第１の開閉型の電磁弁３４と第２の開閉型の電磁弁４１とを共に開けば、冷・暖房運転モードとなり、そして、第２の開閉型の電磁弁４１と第３の開閉型の電磁弁５７を共に開けば、除湿機能を持つ暖房運転モードとなる。なお、上記において、説明のないその他の開閉弁は閉状態となっている。このように、４つのモードの運転が３個の電磁弁の制御で行われる。
【００４２】
各運転モードの選択は、図示しないがマイクロコンピュータなどの制御装置で行われ、例えば図３に示すフローのように行われる。車両用空量装置１が稼働されると、ステップ１０１において、外気温度、車室内温度、設定温度、日射などの熱負荷情報から総合信号（Ｔｍ）が制御装置により演算される。
【００４３】
総合信号が演算されたら、ステップ１０２に進み、運転モード選択が行われる。即ち、総合信号（Ｔｍ）により、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード（図３においては除湿暖房と記述する）、冷・暖房運転モード、冷房運転モードの一つが選ばれる。
【００４４】
４つの運転モードから一つが選択されると、その運転モードを稼働させるための電磁弁３４，４１，５７の制御が以下のステップにより行われる。冷房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房モード？」と判断され、「ＹＥＳ」であるから、ステップ１０４に進み、第２の電磁弁４１は閉に、それから、ステップ１０５に進み、第１の電磁弁３４は開に、それから、ステップ１０６に進み、第３の電磁弁５７は閉とされる。即ち、第１の冷凍サイクル３１が稼働され、冷媒が図１の実線矢印のように流され、冷房運転モードが稼働される。
【００４５】
冷・暖房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房運転モード？
」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０７に進み、第２の電磁弁４１は開に、それからステップ１０８に進み「冷・暖房運転モード？」と判断され、「ＹＥＳ」であるから、ステップ１０５に進み、第１の電磁弁３４は開に、それからステップ１０６に進み第３の電磁弁５７は閉とされる。即ち第１及び第２の冷凍サイクル３１，３２が稼働され、冷媒が図１の実線矢印及び点線矢印のように流され、冷・暖房運転モードが稼働される。このため、冷風と温風を混合して温度調節をすることから、温度制御の自由度が増し、中間期の温調に最適である。
【００４６】
除湿暖房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０７に進み、第２の電磁弁４１は開に、それから、ステップ１０８に進み「冷・暖房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０９に進み、第１の電磁弁は開に、それから、ステップ１１０に進み、「除湿暖房運転？」と判断され、「ＹＥＳ
」であるから、ステップ１１１に進んで第３の電磁弁５７は開とされる。即ち、第２の冷凍サイクル３２と連絡配管５６に冷媒が点線矢印と二点鎖線矢印のように流され、除湿機能を持つ暖房運転モードが稼働される。このため、低外気時にフロントガラスの曇り止め作用が行え、有効な効果となる。
【００４７】
暖房運転モードが選択されると、ステップ１０３で「冷房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０７に進み、第２の電磁弁４１は開に、それから「冷・暖房運転モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０９に進み、第１の電磁弁３４は閉に、それから、ステップ１１０に進み、「除湿暖房モード？」と判断され、「ＮＯ」であるから、ステップ１０６に進み、第３の電磁弁５７を閉とされる。即ち、第２の冷凍サイクル３２に冷媒が点線矢印のように流され、暖房運転モードが稼働される。
【実施例２】
【００４８】
図２において、この発明の２番目の実施例が示されている。この実施例２が前記実施例１と異なる所は、前記実施例１が直接第２のコンデンサ１６を空調装置本体４内に配しているのに対し、この実施例２においては、第２のコンデンサ１６を空調装置本体４外に配し、この第２のコンデンサ１６からヒータコア加熱サイクル６２を介して加熱媒体（水）を空調装置本体４内に配されたヒータコア６１に送り、このヒータコア６１を加熱するようにしている。
【００４９】
即ち、第２の冷凍サイクル３２に設けられた第２のコンデンサ１６にヒータコア加熱サイクル６２の受熱部６３が添着された構成で、この受熱部６３により第２のコンデンサ１６からの放熱が回収される。この第２のコンデンサ１６は、冷媒の流れる部位と前記受熱部６３の水が流れる部位との間にフィンを介した構成で、第２のコンデンサ１６から放熱された熱はヒータコア加熱サイクル６２の水側に伝えられる。
【００５０】
前記受熱部６３は、第２の循環ポンプ６０と空調装置本体４内に配されたヒータコア６１とで閉サイクルのヒータコア加熱サイクル６２を構成し、回収された熱はヒータコア６１に至って、放熱される。この実施例２にあっては、ヒータコア加熱サイクル６２を設けたことが実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同一のため、同一部分を同じ符号を付して説明を省略した。この実施例２にあっても、前述した４つの運転モードを総合信号により、選択して空調運転が行われることは勿論である。
【実施例３】
【００５１】
図４において、この発明の３番目の実施例が示されている。前記実施例１においては、第２のエバポレータ４５の上流にオリフィス４６が設けられているのに対し、この実施例３においては、このオリフィス４６の上流または下流に開閉型の第４の電磁弁５２が設けられており、第２のコンデンサ１６から第２のエバポレータ４５への冷媒流れを開閉できるようになっている。
【００５２】
この第３の実施例においては、前記第１の実施例における冷房運転モード、暖房運転モード、冷・暖房運転モード、除湿機能つき暖房運転モードに加え、さらに微冷除湿運転モードが可能となっている。この微冷除湿運転モードにおいては、第１の電磁弁３４と第２の電磁弁４１両方を開くことにより、コンプレッサ３３から吐出された冷媒は第１の冷凍サイクル３１の第１のコンデンサ３５と第２の冷凍サイクル３２の第２のコンデンサ１６に振り分けられる。ここまでは冷・暖房運転モードと同じであるが、この微冷除湿運転モードおいては、さらに第３の電磁弁５７を開いて第４の電磁弁５２を閉じることにより、第２の冷凍サイクル３２の第２のコンデンサ１６に流れた冷媒を、連絡配管５６を介して第１の冷凍サイクル３１の第１のエバポレータ１４に流入させている。これにより、冷・暖房運転モードにおいては、第１の冷凍サイクル３１に振り分けられた冷媒のみで空調装置本体４に導入された空気を冷却しなければならないところ、この微冷除湿運転モードにおいては、第１の冷凍サイクル３１に分配された冷媒と第２の冷凍サイクル３２に分配された冷媒がともに第１のエバポレータ１４を通過するため、冷・暖房モードに比して冷房要求が高い条件のときに好ましい空調制御が得られる。
【００５３】
この実施例３における各運転モードの選択は、外気温度、車室内温度、設定温度、日射などの熱負荷情報から演算された総合信号に基づいて、暖房運転モード、除湿機能を持つ暖房運転モード、冷・暖房モード、微冷除湿運転モード、冷房運転モード、の５つの運転モードから一つが選択される。総合信号によるモード判定と各電磁弁の開閉操作手順は、前述の実施例１と同様の考え方であるため詳述しないが、各モードに対する各電磁弁の開閉パターンを図６に示す。
【実施例４】
【００５４】
図５において、この発明の４番目の実施例が示されている。前記実施例３においては、オリフィス４６の上流に第４の電磁弁として開閉型の弁が設けられているのに対し、実施例４においては、オリフィス４６が除かれ、開閉型の電磁弁５２に変えて電子膨張弁５３が設けられている。これにより、第２のコンデンサ１６から第２のエバポレータ４５への絞り度合いを調節することが可能となり、微冷除湿運転モードから冷・暖房運転モードへの切り替わりを連続的に行うことも可能となる。
【００５５】
なお、実施例３、実施例４に対しても、前述の実施例２と同様に、空調装置本体４外に配した第２のコンデンサ１６から、ヒータコア加熱サイクル６２を介して空調装置本体４に配されたヒータコア６１を加熱するように構成することが可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明に係る車両用空量装置の実施例１の構成図である。
【図２】この発明に係る車両用空調装置の実施例２の構成図である。
【図３】この発明に係る車両用空調装置の実施例１及び２の運転モードのフローチャートである。
【図４】この発明に係る車両用空調装置の実施例３の構成図である。
【図５】この発明に係る車両用空調装置の実施例４の構成図である。
【図６】この発明に係る車両用空調装置の実施例３の運転モードに対する電磁弁の開閉パターンである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 車両空調装置
２ 車両
３ 車室
４ 空調装置本体
６ インテーク部
１２ フロント側のブロア
１４ 第１のエバポレータ
１６ 第２のコンデンサ
１７ ミックスドア
２１ 補助ヒータ
２４ 排気ブロア
２５ 排気ケース
２６ 排気熱交換器
３０ 冷凍サイクル
３１ 第１の冷凍サイクル
３２ 第２の冷凍サイクル
３３ コンプレッサ
３４ 第１の開閉型の電磁弁
３５ 第１のコンデンサ
３９ アキュームレータ
４１ 第２の開閉型の電磁弁
４５ 第２のエバポレータ
４７ 排熱回収サイクル
５２ 第４の開閉型の電磁弁
５６ 連絡配管
５７ 第３の開閉型の電磁弁
６１ ヒータコア
６２ ヒータコア加熱サイクル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するコンプレッサを持ち、このコンプレッサの出口側に２つの冷凍サイクルを備え、
第１の冷凍サイクルは、圧縮冷媒と外気とを熱交換させる第１のコンデンサと、
この第１のコンデンサにより放熱された冷媒を膨張弁を介して断熱膨張させ、導入空気を冷却する、空調装置本体内に配された第１のエバポレータと、
前記コンプレッサの出口側から前記第１のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第１の電磁弁とより成り、
第２の冷凍サイクルは、空調装置本体内に配され、圧縮冷媒の持つ熱を放出させる第２のコンデンサと、
空調装置本体外に配され、この第２のコンデンサより放熱された冷媒に吸熱させる第２のエバポレータと、
前記コンプレッサの出口側から前記第２のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第２の電磁弁とより成り、
更に前記第２の冷凍サイクルの前記第２のコンデンサの下流から分岐して前記第１の冷凍サイクルの前記第１のコンデンサの下流に接続する連絡配管を設け、この連絡配管に開閉型の第３の電磁弁を設けて、前記第２のコンデンサで放熱された冷媒を前記第１の冷凍サイクルへ分配可能に構成したことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
車両の後方には、車室内から車室外へ空気を排出させる排気ブロアと、この排出される空気から排熱回収を図る排気熱交換器とを備え、この排気熱交換器と前記第２のエバポレータとの間に循環ポンプを備えた排熱回収サイクルを設けたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第２のコンデンサに代わってヒータコアを前記空調装置本体内に配するとともに、前記第２のコンデンサは空調装置本体外に配し、この第２のコンデンサから放出される熱を循環ポンプを持つヒータコア加熱サイクルを介して前記ヒータコアに供給することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記第１の電磁弁を開いて前記第１の冷凍サイクルを稼働させる冷房運転モードと、
前記第２の電磁弁を開いて前記第２の冷凍サイクルを稼働させる暖房運転モードと、
前記第１の電磁弁と第２の電磁弁を同時に開いて前記第１の冷凍サイクルと前記第２の冷凍サイクルを稼動させる冷・暖房運転モードと、
前記第２の電磁弁と前記第３の電磁弁を開いて除湿機能を持つ暖房運転モードとの４つの空調モードを有し、各空調運転モードを少なくとも車室内温度、設定温度から演算される総合信号により切換える制御装置を具備することを特徴とする請求項１，２又は３記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記連絡配管が前記第２の冷凍サイクルから分岐する分岐点と前記第２のエバポレータの間に、第４の電磁弁を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記第４の電磁弁は電子膨張弁であることを特徴とする請求項５記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記第１の電磁弁を開いて前記第１の冷凍サイクルを稼働させる冷房運転モードと、
前記第２の電磁弁と前記第４の電磁弁を開いて前記第２の冷凍サイクルを稼働させる暖房運転モードと、
前記第１の電磁弁と前記第２の電磁弁と前記第４の電磁弁を同時に開いて前記第１の冷凍サイクルと前記第２の冷凍サイクルを稼動させる冷・暖房運転モードと、
前記第１の電磁弁と前記第２の電磁弁と前記第３の電磁弁を開いて前記第１の冷凍サイクルと前記第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサのみを稼動させる微冷除湿運転モードと、
前記第２の電磁弁と前記第３の電磁弁と前記第４の電磁弁を開いて除湿機能を持つ暖房運転モードとの５つの空調モードを有し、各空調運転モードを少なくとも車室内温度、設定温度から演算される総合信号により切換える制御装置を具備することを特徴とする請求項５又は６記載の車両用空調装置。
【請求項１】
冷媒を圧縮するコンプレッサを持ち、このコンプレッサの出口側に２つの冷凍サイクルを備え、
第１の冷凍サイクルは、圧縮冷媒と外気とを熱交換させる第１のコンデンサと、
この第１のコンデンサにより放熱された冷媒を膨張弁を介して断熱膨張させ、導入空気を冷却する、空調装置本体内に配された第１のエバポレータと、
前記コンプレッサの出口側から前記第１のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第１の電磁弁とより成り、
第２の冷凍サイクルは、空調装置本体内に配され、圧縮冷媒の持つ熱を放出させる第２のコンデンサと、
空調装置本体外に配され、この第２のコンデンサより放熱された冷媒に吸熱させる第２のエバポレータと、
前記コンプレッサの出口側から前記第２のコンデンサまでの配管に設けられた開閉型の第２の電磁弁とより成り、
更に前記第２の冷凍サイクルの前記第２のコンデンサの下流から分岐して前記第１の冷凍サイクルの前記第１のコンデンサの下流に接続する連絡配管を設け、この連絡配管に開閉型の第３の電磁弁を設けて、前記第２のコンデンサで放熱された冷媒を前記第１の冷凍サイクルへ分配可能に構成したことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
車両の後方には、車室内から車室外へ空気を排出させる排気ブロアと、この排出される空気から排熱回収を図る排気熱交換器とを備え、この排気熱交換器と前記第２のエバポレータとの間に循環ポンプを備えた排熱回収サイクルを設けたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第２のコンデンサに代わってヒータコアを前記空調装置本体内に配するとともに、前記第２のコンデンサは空調装置本体外に配し、この第２のコンデンサから放出される熱を循環ポンプを持つヒータコア加熱サイクルを介して前記ヒータコアに供給することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記第１の電磁弁を開いて前記第１の冷凍サイクルを稼働させる冷房運転モードと、
前記第２の電磁弁を開いて前記第２の冷凍サイクルを稼働させる暖房運転モードと、
前記第１の電磁弁と第２の電磁弁を同時に開いて前記第１の冷凍サイクルと前記第２の冷凍サイクルを稼動させる冷・暖房運転モードと、
前記第２の電磁弁と前記第３の電磁弁を開いて除湿機能を持つ暖房運転モードとの４つの空調モードを有し、各空調運転モードを少なくとも車室内温度、設定温度から演算される総合信号により切換える制御装置を具備することを特徴とする請求項１，２又は３記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記連絡配管が前記第２の冷凍サイクルから分岐する分岐点と前記第２のエバポレータの間に、第４の電磁弁を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記第４の電磁弁は電子膨張弁であることを特徴とする請求項５記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記第１の電磁弁を開いて前記第１の冷凍サイクルを稼働させる冷房運転モードと、
前記第２の電磁弁と前記第４の電磁弁を開いて前記第２の冷凍サイクルを稼働させる暖房運転モードと、
前記第１の電磁弁と前記第２の電磁弁と前記第４の電磁弁を同時に開いて前記第１の冷凍サイクルと前記第２の冷凍サイクルを稼動させる冷・暖房運転モードと、
前記第１の電磁弁と前記第２の電磁弁と前記第３の電磁弁を開いて前記第１の冷凍サイクルと前記第２の冷凍サイクルの第２のコンデンサのみを稼動させる微冷除湿運転モードと、
前記第２の電磁弁と前記第３の電磁弁と前記第４の電磁弁を開いて除湿機能を持つ暖房運転モードとの５つの空調モードを有し、各空調運転モードを少なくとも車室内温度、設定温度から演算される総合信号により切換える制御装置を具備することを特徴とする請求項５又は６記載の車両用空調装置。
【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２０１０−１２８２０（Ｐ２０１０−１２８２０Ａ）
【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２００８−１７２２８６（Ｐ２００８−１７２２８６）
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（５００３０９１２６）株式会社ヴァレオサーマルシステムズ (282)
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【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１日（２００８．７．１）
【出願人】（５００３０９１２６）株式会社ヴァレオサーマルシステムズ (282)
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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