車両用空調装置
【課題】冷房運転と暖房運転のどちらでも室外熱交換器において効率的な熱交換が行われ得る車両用空調装置を提供する。
【解決手段】車両用空調装置１Ａは、圧縮機１１、第１室内熱交換器１２、室外熱交換器１４、膨張機構１５および第２室内熱交換器１６を含むヒートポンプ回路２を備えている。室外熱交換器１４および膨張機構１５は、第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間に配置されている。第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間の冷媒の流れ方向は、切換手段１３により、冷房運転時には冷媒が室外熱交換器１４および膨張機構１５をこの順に通過する第１方向に切り換えられ、暖房運転時には冷媒が膨張機構１５および室外熱交換器１４をこの順に通過する第２方向に切り換えられる。
【解決手段】車両用空調装置１Ａは、圧縮機１１、第１室内熱交換器１２、室外熱交換器１４、膨張機構１５および第２室内熱交換器１６を含むヒートポンプ回路２を備えている。室外熱交換器１４および膨張機構１５は、第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間に配置されている。第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間の冷媒の流れ方向は、切換手段１３により、冷房運転時には冷媒が室外熱交換器１４および膨張機構１５をこの順に通過する第１方向に切り換えられ、暖房運転時には冷媒が膨張機構１５および室外熱交換器１４をこの順に通過する第２方向に切り換えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガソリンエンジンを備える自動車では、冷房にヒートポンプが用いられる一方、暖房にエンジンの廃熱が利用されていた。近年では、エンジンの廃熱量が少ないハイブリッド車、およびエンジンの廃熱が利用できない電気自動車が普及してきており、これに合わせて冷房だけでなく暖房にもヒートポンプを用いるようにした車両用空調装置が開発されてきている。例えば、特許文献１には、図６（ａ）に示すような車両用空調装置１００が開示されている。
【０００３】
この車両用空調装置１００は、冷媒が一方向のみに流れるヒートポンプ回路１１０を備えている。ヒートポンプ回路１１０は、圧縮機１２１、第１室内熱交換器１３１、第１膨張弁１２２、室外熱交換器１３３、第２膨張弁１２３および第２室内熱交換器１３２を含み、これらの機器は流路によってこの順に接続されている。また、ヒートポンプ回路１１０には、第１膨張弁１２２をバイパスする短絡路と第２膨張弁１２３をバイパスする短絡路とが設けられており、これらの短絡路には第１開閉弁１４１および第２開閉弁１４２がそれぞれ設けられている。
【０００４】
第１室内熱交換器１３１および第２室内熱交換器１３２は、内気（車室内の空気）または外気（車室外の空気）を選択的に流すためのダクト１５０内に配置されている。ダクト１５０内には図略の送風機によって第２室内熱交換器１３２側の一端から内気または外気が取り込まれ、その内気または外気が第１室内熱交換器１３１側の他端から車室内に吹き出される。すなわち、第２室内熱交換器１３２は、第１室内熱交換器１３１よりも風上側に位置している。
【０００５】
また、ダクト１５０内には、図６（ｂ）に示すように、第２室内熱交換器１３２の風上側に第１ダンパ１６１が配設され、第１室内熱交換器１３１の風上側に第２ダンパ１６２が配設されている。
【０００６】
このような構成の車両空調装置１００では、冷房運転時は、第１開閉弁１４１が開かれ、第２開閉弁１４２が閉じられる。また、第１ダンパ１６１および第２ダンパ１６２は、図６（ｂ）中に実線で示す位置にセットされる。これにより、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１３１で放熱することなく室外熱交換器１３３に流入し、ここで放熱した後に第２膨張弁１２３で膨張される。膨張された冷媒は、第２室内熱交換器１３２で吸熱した後に圧縮機１２１に吸入される。
【０００７】
一方、暖房運転時は、第１開閉弁１４１が閉じられ、第２開閉弁１４２が開かれる。また、第１ダンパ１６１および第２ダンパ１６２は、図６（ｂ）中に二点鎖線で示す位置にセットされる。これにより、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１３１で放熱し、第１膨張弁１２２で膨張される。膨張された冷媒は、室外熱交換器１３３に流入し、ここで吸熱した後に第２室内熱交換器１３２でさらに吸熱することなく圧縮機１２１に吸入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４３３２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した構成の車両用空調装置１００では、冷房運転時も暖房運転時も室外熱交換器１３３を通過する冷媒の向きが同じであるため、室外熱交換器１３３での熱交換作用に問題がある。その理由は以下のとおりである。
【００１０】
すなわち、車両用空調装置１００では、暖房運転時、第１膨張弁１２２で膨張された気液二相状態の冷媒が室外熱交換器１３３に流入する。一般に、室外熱交換器は、複数のパスを有する熱交換器本体を含むため、気液二相状態の冷媒が流入する室外熱交換器では、熱交換器本体の上流側に複数のパスでの質量流量を均一にするためのキャピラリーチューブなどの減圧管が設けられる。しかしながら、車両用空調装置１００における室外熱交換器１３３にそのような構成が採用された場合には、冷房運転時、室外熱交換器１３３に流入する高温高圧の冷媒が減圧管によって減圧される。その結果、凝縮温度が低下し、冷房運転時の外部への放熱量が低下する。一方で、減圧管を設けなければ、暖房運転時に熱交換器本体における複数のパスでの質量流量が不均一になり、外部からの吸熱量が低下する。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、冷房運転と暖房運転のどちらでも室外熱交換器において効率的な熱交換が行われ得る車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換を行う第１室内熱交換器、および前記圧縮機に吸入される冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換器を行う第２室内熱交換器を含むとともに、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間に配置された、前記車室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器、および冷媒を膨張させる膨張機構を含むヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路に設けられた、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間の冷媒の流れ方向を、冷房運転時には冷媒が前記室外熱交換器および前記膨張機構をこの順に通過する第１方向に切り換え、暖房運転時には冷媒が前記膨張機構および前記室外熱交換器をこの順に通過する第２方向に切り換える切換手段と、を備える、車両用空調装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成によれば、冷房運転時と暖房運転時とで室外熱交換器を通過する冷媒の向きが逆になるため、熱交換器本体の膨張機構側に減圧管が設けられた室外熱交換器を用いれば、暖房運転では熱交換器本体における質量流量の均一化を図ることができ、冷房運転では熱交換器本体に高圧の冷媒をそのまま導くことができる。これにより、冷房運転と暖房運転のどちらでも効率的な熱交換を行うことができる。
【００１４】
しかも、冷房運転時には膨張機構が室外熱交換器の上流側に位置し、暖房運転時には膨張機構が室外熱交換器の下流側に位置するため、１つの膨張機構および１つの切換手段を用いた簡単な構成で冷房運転と暖房運転の双方を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図２】室外熱交換器の構成図
【図３】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図４】本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図５】（ａ）および（ｂ）は代替案の切換手段の構成図
【図６】（ａ）は従来の車両用空調装置の構成図、（ｂ）は同車両用空調装置に用いられるダンパを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１Ａの構成図である。この車両用空調装置１Ａは、図略の車室内の冷房および暖房を行うものであり、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２と、制御装置６（図１では図面の簡略化のために信号線の一部のみを作図）とを備えている。なお、冷媒としては、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＣＯ2などに加え、他のＨＦＣ系、ＨＣ系などが利用できる。
【００１８】
ヒートポンプ回路２は、圧縮機１１、第１室内熱交換器１２、四方弁１３、室外熱交換器１４、膨張弁１５および第２室内熱交換器１６を含んでおり、これらの機器は、第１流路２１〜第７流路２７によって接続されている。具体的に、圧縮機１１の吸入口は、第７流路２７を介して第２室内熱交換器１６に接続されており、圧縮機１１の吐出口は、第１流路２１を介して第１室内熱交換器１２に接続されている。第１室内熱交換器１２および第２室内熱交換器１６は、それぞれ第２流路２２および第６流路２６を介して四方弁１３の２つのポートに接続されており、四方弁１３の残りの２つのポートには、それぞれ第３流路２３および第５流路２５を介して室外熱交換器１４および膨張弁１５が接続されている。室外熱交換器１４と膨張弁１５とは、第４流路２４を介して互いに接続されている。換言すれば、室外熱交換器１４および膨張弁１５は、第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間に配置されている。なお、第７流路２７には、アキュムレータ１７が設けられている。
【００１９】
四方弁１３は、本発明の切換手段として機能するものであり、第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間の冷媒の流れ方向を、冷房運転時には破線矢印で示す第１方向に切り換え、暖房運転時には実線矢印で示す第２方向に切り換える。第１方向は、冷媒が室外熱交換器１４および膨張弁１３をこの順に通過する方向であり、第２方向は、冷媒が膨張弁１３および室外熱交換器１４をこの順に通過する方向である。本実施形態では、第１方向では、第１室内熱交換器１２から流出した冷媒が室外熱交換器１４および膨張弁１３をこの順に通過した後に第２室内熱交換器１６に流入し、第２方向では、第１室内熱交換器１２から流出した冷媒が膨張弁１３および室外熱交換器１４をこの順に通過した後に第２室内熱交換器１６に流入する。
【００２０】
圧縮機１１は、図略の電動モータにより駆動されるものであり、吸入口から吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する。電動モータは、圧縮機１１の内部に配置されていてもよいし、外部に配置されていてもよい。
【００２１】
第２室内熱交換器１６は、圧縮機１１に吸入される冷媒と車室内に送られる空気との間で熱交換を行い、第１室内熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒と車室内に送られる空気との間で熱交換を行う。本実施形態では、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、送風機４により車室内の空気（内気）および／または車室外の空気（外気）が流されるダクト３内に配置されている。すなわち、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、送風機４により供給される内気および／または外気と冷媒との間で熱交換を行う。さらに、本実施形態では、ダクト３内で、第２室内熱交換器１６が第１室内熱交換器１２よりも風上側に位置している。
【００２２】
ダクト３は、一端に流入口３１を有し、他端に流出口３２を有する。流入口３１は、内気を循環させるための内気導入口と車室内に外気を導入するための外気導入口の一方であってもよいし、双方を含んでいてもよい。流入口３１が内気導入口と外気導入口の双方を含む場合は、ダクト３内に、内気導入口を通じてダクト３内に取り込まれる内気の量と外気導入口を通じてダクト３内に取り込まれる外気の量の比率を調整する吸気ダンパが配設され得る。流出口３２は、車室内に開口するものであればよく、デフロスタ吹出口、フェイス吹出口およびフット吹出口など複数に分岐していてもよい。送風機４としては、流入口３１の近くに配置されるブロワを用いてもよいし、流出口３２の近くにも配置可能なファンを用いてもよい。なお、以下では、説明の便宜のために、送風機４によりダクト３内に流される空気が内気１００％であると仮定する。また、ダクト３の内部の構成については、後述にて詳細に説明する。
【００２３】
膨張弁１５は、冷媒を膨張させるものであり、本発明の膨張機構の一例である。本発明の膨張機構としては、膨張する冷媒から動力を回収する容積型の膨張機等を採用してもよい。
【００２４】
室外熱交換器１４は、車室外（例えば、自動車のフロント）に配置され、車両の走行およびファン１８により供給される外気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１４は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。
【００２５】
具体的に、室外熱交換器１４は、図２に示すように、複数のパス１４ｂを有する熱交換器本体１４ａと、熱交換器本体１４ａの両側に配置された第１ヘッダ１４ｃおよび第２ヘッダ１４ｄとを含む。第１ヘッダ１４ｃは、第４流路２４を介して膨張弁１５と接続されており、第２ヘッダ１４ｄは、第３流路２３を介して四方弁１３と接続されている。また、第１ヘッダ１４ｃは、パス１４ｂと同数の減圧管１４ｅによって熱交換器本体１４ａに接続されており、第２ヘッダ１４ｄは、パス１４ｂと同数の連絡管１４ｆによって熱交換器本体１４ａに接続されている。なお、図２中にも、上述した第１方向を破線矢印で示し、第２方向を実線矢印で示す。
【００２６】
暖房運転時には、膨張弁１５で膨張された気液二相状態の冷媒が第４流路２４を通じて第１ヘッダ１４ｃに導かれ、各減圧管１４ｅに流れ込む。すなわち、第１ヘッダ１４ｃおよび減圧管１４ｅは、気液二相状態の冷媒を分流する。気液二相状態の冷媒は、密度が均一ではないため、体積流量が同じでも質量流量が異なることがある。減圧管１４ｅは、気液二相状態の冷媒に圧力損失を与えることにより、全てのパス１４ｂでの質量流量を均一にするためのものである。例えば、減圧管１４ｅとしては、パス１４ｂを構成し得る伝熱管の一方の端部を絞った絞り部を用いることができ、連絡管１４ｆとしては、その伝熱管の他方の端部を用いることができる。なお、減圧管１４ｅおよび連絡管１４ｆは、それぞれ第１ヘッダ１４ｃおよび第２ヘッダ１４ｄ内に配置されていてもよい。
【００２７】
一方、冷房運転時には、第１室内熱交換器１２でほとんど放熱しなかった高温高圧の冷媒が第２流路２２および第３流路２３を通じて第２ヘッダ１４ｄに導かれ、各連絡管１４ｆに流れ込む。すなわち、第２ヘッダ１４ｄおよび連絡管１４ｆは、高温高圧の冷媒を分流する。ガス冷媒は、密度が均一な気相であるため、分流するだけで全てのパス１４ｂでの質量流量が均一になる。連絡管１４ｆは、高温高圧の冷媒にできるだけ圧力損失を与えないように、減圧管１４ｅよりも十分に大きな断面積を有する。
【００２８】
なお、暖房運転時および冷房運転時ともに、減圧管１４ｅによって冷媒が減圧されるが、この減圧幅が膨張弁１５による減圧幅と合わせて冷凍サイクルの高低圧力差になるように膨張弁１５が調整されるため、特に問題はない。
【００２９】
次に、図１を参照して、ダクト３の内部の構成を詳細に説明する。なお、図１はダクト３の形状を模式的に表すものであり、ダクト３の実際の形状は、当該ダクト３が設置されるスペースに合わせて膨らんでいたりうねっていたりしていてもよい。
【００３０】
本実施形態では、第２室内熱交換器１６が、ダクト３内で当該第２室内熱交換器１６を経由する風上側第１流路３Ａと当該第２室内熱交換器１６を経由しない風上側第２流路３Ｂとが層をなすように配置されている。同様に、第１室内熱交換器１２も、ダクト３内で当該第１室内熱交換器１２を経由する風下側第１流路３Ｃと当該第１室内熱交換器１２を経由しない風下側第２流路３Ｄとが層をなすように配置されている。また、ダクト３内には、風上側第１流路３Ａと風上側第２流路３Ｂとを仕切る第１仕切り板４１と、風下側第１流路３Ｃと風下側第２流路３Ｄとを仕切る第２仕切り板４２とが配設されている。そして、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、風上側第１流路３Ａが風下側第２流路３Ｄと連続し、風上側第２流路３Ｂが風下側第１流路３Ｃと連続するように、第１仕切り板４１および第２仕切り板４２を挟んで互いに反対側に位置している。
【００３１】
さらに、ダクト３内には、風上側第１流路３Ａを流れる風量と風上側第２流路３Ｂを流れる風量の比率を調整する第１ダンパ５１と、風下側第１流路３Ｃを流れる風量と風下側第２流路３Ｄを流れる風量の比率を調整する第２ダンパ５２とが配設されている。本実施形態では、第１ダンパ５１および第２ダンパ５２がそれぞれ第１仕切り板４１および第２仕切り板４２の風上側に配置されているが、第１ダンパ５１および第２ダンパ５２はそれぞれ第１仕切り板４１および第２仕切り板４２の風下側に配置されていてもよい。
【００３２】
上述した圧縮機１１、膨張弁１５、四方弁１３およびダンパ５１，５２は、制御装置６により制御される。制御装置６は、車室内に配置された操作パネル（図示せず）と接続されており、冷房運転および暖房運転を行う。以下、冷房運転時および暖房運転時における車両用空調装置１Ａの動作を説明する。
【００３３】
なお、以下では、説明の簡略化のために、第１ダンパ５１については、風上側第１流路３Ａを遮断する位置を熱交換器側遮断位置、風上側第２流路３Ｂを遮断する位置をバイパス側遮断位置、第１流路３Ａを流れる風量と第２流路３Ｂを流れる風量とが等しくなる位置を中間位置、中間位置と熱交換器側遮断位置との間の位置を熱交換器側抑制位置、中間位置とバイパス側遮断位置との間の位置をバイパス側抑制位置という。一方、第２ダンパ５２については、風下側第１流路３Ｃを遮断する位置を熱交換器側遮断位置、風下側第２流路３Ｄを遮断する位置をバイパス側遮断位置、第１仕切り板４１の風下側の端部と第２仕切り板４２の風上側の端部とを結ぶ線上に位置する位置を中間位置、中間位置と熱交換器側遮断位置との間の位置を熱交換器側抑制位置、中間位置とバイパス側遮断位置との間の位置をバイパス側抑制位置という。
【００３４】
＜冷房運転＞
通常の冷房運転時、制御装置６は、まずヒートポンプ回路２における第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間で冷媒が破線矢印で示す第１方向に流れるように四方弁１３を制御する。また、制御装置６は、第１ダンパ５１をバイパス側遮断位置にセットし、第２ダンパ５２を中間位置または熱交換器側遮断位置にセットする。このため、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、第１室内熱交換器１２をほとんど放熱することなくそのまま通過して室外熱交換器１４に流入し、ここで外気に放熱して中温高圧となる。室外熱交換器１４から流出した中温高圧の冷媒は、膨張弁１５で膨張されることにより低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、第２室内熱交換器１６に流入し、ここで内気から吸熱して蒸発する。第２室内熱交換器１６から流出した低温低圧の冷媒は、再び圧縮機１１に吸入されて圧縮される。一方、送風機４により流入口３１からダクト３内に取り込まれた内気は、第２室内熱交換器１６で冷却された後に、流出口３２から車室内に吹き出される。
【００３５】
冷房と同時に除湿を行う場合には、制御装置６は、第２ダンパ５２を中間位置または熱交換器側遮断位置からバイパス側抑制位置にシフトさせて、第２室内熱交換器１６で冷却された内気の一部を第１室内熱交換器１２で加熱する。
【００３６】
＜暖房運転＞
通常の暖房運転時、制御装置６は、まずヒートポンプ回路２における第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間で冷媒が実線矢印で示す第２方向に流れるように四方弁１３を制御する。また、制御装置６は、第１ダンパ５１を熱交換器側遮断位置にセットし、第２ダンパ５２を中間位置またはバイパス側遮断位置にセットする。このため、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、第１室内熱交換器１２で内気に放熱して中温高圧となる。第１室内熱交換器１２から流出した中温高圧の冷媒は、膨張弁１５で膨張されることにより低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、室外熱交換器１４に流入し、ここで外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１４から流出した低温低圧の冷媒は、第２室内熱交換器１６をほとんど吸熱することなくそのまま通過し、再び圧縮機１１に吸入されて圧縮される。一方、送風機４により流入口３１からダクト３内に取り込まれた内気は、第１室内熱交換器１２で加熱された後に、流出口３２から車室内に吹き出される。
【００３７】
暖房と同時に除湿を行う場合には、制御装置６は、第１ダンパ５１を熱交換器側遮断位置から熱交換器側抑制位置にシフトさせて、第１室内熱交換器１２で加熱される前の内気の一部を第２室内熱交換器１６で冷却除湿する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の車両用空調装置１Ａでは、冷房運転時と暖房運転時とで室外熱交換器１４を通過する冷媒の向きが逆になる。そして、室外熱交換器１４は、熱交換器本体１４ａの膨張弁１５側に減圧管１４ｅが設けられ、その反対側に連絡管１４ｆが設けられた構成を有しているので、暖房運転では熱交換器本体１４ａにおいて質量流量の均一化を図ることができ、冷房運転では熱交換器本体１４ａに高圧の冷媒を凝縮温度の低下を起こすこと無くそのまま導くことができる。これにより、冷房運転と暖房運転のどちらでも、冷媒分流を行う減圧管１４ｅは熱交換する冷媒温度に影響を与えないので、効率的な熱交換を行うことができる。
【００３９】
しかも、冷房運転時には膨張弁１５が室外熱交換器１４の上流側に位置し、暖房運転時には膨張弁１５が室外熱交換器１４の下流側に位置するため、１つの膨張弁１５および１つの四方弁１３を用いた簡単な構成で冷房運転と暖房運転の双方を実行することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ダクト３内に第１仕切り板４１および第２仕切り板４２が設けられているが、第１仕切り板４１がなくても第１ダンパ５１により風上側第１流路３Ａを流れる風量と風上側第２流路３Ｂを流れる風量の比率を変更することは可能である。同様に、第２仕切り板４２がなくても第２ダンパ５２により風下側第１流路３Ｃを流れる風量と風下側第２流路３Ｄを流れる風量の比率を変更することは可能である。
【００４１】
また、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、必ずしも第１仕切り板４１および第２仕切り板４２を挟んで互いに反対側に位置している必要はなく、風上側第１流路３Ａが風下側第１流路３Ｃと連続し、風上側第２流路３Ｂが風下側第２流路３Ｄと連続するように、第１仕切り板４１および第２仕切り板４２に対して同じ方向に配置されていてもよい。
【００４２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置１Ｂの構成図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略することがある。この点は、後述する第３実施形態でも同様である。
【００４３】
本実施形態の車両用空調装置１Ｂは、第１室内熱交換器１２およびこの回りの構造以外は第１実施形態の車両用空調装置１Ａと同じ構成を有している。具体的に、本実施形態では、第１室内熱交換器１２が、当該第１室内熱交換器１２が配置される位置でのダクト３の断面積と同程度の大きさを有している。換言すれば、第１室内熱交換器１２は、ダクト３の内部を通風方向に分断するようにダクト３内に配置されている。また、バイパス回路２には、第１室内熱交換器１２をバイパスするように第１流路２１と第２流路２２とをつなぐバイパス路７が設けられている。
【００４４】
バイパス路７には、開閉弁７１が設けられている。開閉弁７１は、例えば、暖房運転時および除湿が必要な冷房運転時に閉じられ、それ以外の冷房運転時に開かれる。このような構成であれば、第１室内熱交換器１２を必要なときのみ働かせることができる。
【００４５】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置１Ｃの構成図である。本実施形態の車両用空調装置１Ｃは、第２室内熱交換器１６およびこの回りの構造以外は第１実施形態の車両用空調装置１Ａと同じ構成を有している。具体的に、本実施形態では、第２室内熱交換器１６が、当該第２室内熱交換器１６が配置される位置でのダクト３の断面積と同程度の大きさを有している。換言すれば、第２室内熱交換器１６は、ダクト３の内部を通風方向に分断するようにダクト３内に配置されている。また、バイパス回路２には、第２室内熱交換器１６をバイパスするように第６流路２６と第７流路２７とをつなぐバイパス路８が設けられている。
【００４６】
バイパス路８には、開閉弁８１が設けられている。開閉弁８１は、例えば、冷房運転時および除湿が必要な暖房運転時に閉じられ、それ以外の暖房運転時に開かれる。このような構成であれば、第２室内熱交換器１６を必要なときのみ働かせることができる。
【００４７】
（その他の実施形態）
前記各実施形態では、切換手段として四方弁１３が用いられていたが、本発明の切換手段はこれに限られるものではない。例えば、切換手段は、図５（ａ）に示すような、第２流路２２および第６流路２６と接続された２つの三方弁１３１が一対の配管１３２によってループ状に接続され、それらの配管１３２に第３流路２３および第５流路２５が接続された回路１３Ａであってもよい。あるいは、切換手段は、図５（ｂ）に示すようないわゆるブリッジ回路１３Ｂであってもよい。
【００４８】
また、第２室内熱交換器１６はダクト３内で必ずしも第１室内熱交換器１２よりも風上側に位置している必要はなく、それらの配置位置が逆になっていてもよい。ただし、第２室内熱交換器１６が第１室内熱交換器１２よりも風上側に位置していれば、暖房運転時にダクト３内を流れる空気を第１室内熱交換器１２で加熱する前に第２室内熱交換器１６で冷却して除湿することが可能になる。
【００４９】
また、図示は省略するが、第２実施形態の第１室内熱交換器１２およびバイパス路７を第３実施形態の第２室内熱交換器１６およびバイパス路８と組み合わせることも可能である。さらに、第１実施形態でも、第２実施形態のバイパス路７と第３実施形態のバイパス路８のいずれか一方または双方を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の車両用空調装置は、暖房に必要な熱源が十分に確保できない車両に適用できるので、特に電気自動車、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や燃料電池自動車などの非燃焼系の自動車に有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１Ａ〜１Ｃ 車両用空調装置
１１ 圧縮機
１２ 第１室内熱交換器
１３ 四方弁（切換手段）
１３Ａ 回路（切換手段）
１３Ｂ ブリッジ回路（切換手段）
１４ 室外熱交換器
１４ａ 熱交換器本体
１４ｂ パス
１４ｃ 第１ヘッダ
１４ｄ 第２ヘッダ
１４ｅ 減圧管
１４ｆ 連絡管
１５ 膨張弁（膨張機構）
１６ 第２室内熱交換器
２ ヒートポンプ回路
３ ダクト
３Ａ 風上側第１風路
３Ｂ 風上側第２風路
３Ｃ 風下側第１風路
３Ｄ 風下側第２風路
４１，４２ 仕切り板
５１，５２ ダンパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガソリンエンジンを備える自動車では、冷房にヒートポンプが用いられる一方、暖房にエンジンの廃熱が利用されていた。近年では、エンジンの廃熱量が少ないハイブリッド車、およびエンジンの廃熱が利用できない電気自動車が普及してきており、これに合わせて冷房だけでなく暖房にもヒートポンプを用いるようにした車両用空調装置が開発されてきている。例えば、特許文献１には、図６（ａ）に示すような車両用空調装置１００が開示されている。
【０００３】
この車両用空調装置１００は、冷媒が一方向のみに流れるヒートポンプ回路１１０を備えている。ヒートポンプ回路１１０は、圧縮機１２１、第１室内熱交換器１３１、第１膨張弁１２２、室外熱交換器１３３、第２膨張弁１２３および第２室内熱交換器１３２を含み、これらの機器は流路によってこの順に接続されている。また、ヒートポンプ回路１１０には、第１膨張弁１２２をバイパスする短絡路と第２膨張弁１２３をバイパスする短絡路とが設けられており、これらの短絡路には第１開閉弁１４１および第２開閉弁１４２がそれぞれ設けられている。
【０００４】
第１室内熱交換器１３１および第２室内熱交換器１３２は、内気（車室内の空気）または外気（車室外の空気）を選択的に流すためのダクト１５０内に配置されている。ダクト１５０内には図略の送風機によって第２室内熱交換器１３２側の一端から内気または外気が取り込まれ、その内気または外気が第１室内熱交換器１３１側の他端から車室内に吹き出される。すなわち、第２室内熱交換器１３２は、第１室内熱交換器１３１よりも風上側に位置している。
【０００５】
また、ダクト１５０内には、図６（ｂ）に示すように、第２室内熱交換器１３２の風上側に第１ダンパ１６１が配設され、第１室内熱交換器１３１の風上側に第２ダンパ１６２が配設されている。
【０００６】
このような構成の車両空調装置１００では、冷房運転時は、第１開閉弁１４１が開かれ、第２開閉弁１４２が閉じられる。また、第１ダンパ１６１および第２ダンパ１６２は、図６（ｂ）中に実線で示す位置にセットされる。これにより、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１３１で放熱することなく室外熱交換器１３３に流入し、ここで放熱した後に第２膨張弁１２３で膨張される。膨張された冷媒は、第２室内熱交換器１３２で吸熱した後に圧縮機１２１に吸入される。
【０００７】
一方、暖房運転時は、第１開閉弁１４１が閉じられ、第２開閉弁１４２が開かれる。また、第１ダンパ１６１および第２ダンパ１６２は、図６（ｂ）中に二点鎖線で示す位置にセットされる。これにより、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１３１で放熱し、第１膨張弁１２２で膨張される。膨張された冷媒は、室外熱交換器１３３に流入し、ここで吸熱した後に第２室内熱交換器１３２でさらに吸熱することなく圧縮機１２１に吸入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４３３２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した構成の車両用空調装置１００では、冷房運転時も暖房運転時も室外熱交換器１３３を通過する冷媒の向きが同じであるため、室外熱交換器１３３での熱交換作用に問題がある。その理由は以下のとおりである。
【００１０】
すなわち、車両用空調装置１００では、暖房運転時、第１膨張弁１２２で膨張された気液二相状態の冷媒が室外熱交換器１３３に流入する。一般に、室外熱交換器は、複数のパスを有する熱交換器本体を含むため、気液二相状態の冷媒が流入する室外熱交換器では、熱交換器本体の上流側に複数のパスでの質量流量を均一にするためのキャピラリーチューブなどの減圧管が設けられる。しかしながら、車両用空調装置１００における室外熱交換器１３３にそのような構成が採用された場合には、冷房運転時、室外熱交換器１３３に流入する高温高圧の冷媒が減圧管によって減圧される。その結果、凝縮温度が低下し、冷房運転時の外部への放熱量が低下する。一方で、減圧管を設けなければ、暖房運転時に熱交換器本体における複数のパスでの質量流量が不均一になり、外部からの吸熱量が低下する。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、冷房運転と暖房運転のどちらでも室外熱交換器において効率的な熱交換が行われ得る車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換を行う第１室内熱交換器、および前記圧縮機に吸入される冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換器を行う第２室内熱交換器を含むとともに、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間に配置された、前記車室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器、および冷媒を膨張させる膨張機構を含むヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路に設けられた、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間の冷媒の流れ方向を、冷房運転時には冷媒が前記室外熱交換器および前記膨張機構をこの順に通過する第１方向に切り換え、暖房運転時には冷媒が前記膨張機構および前記室外熱交換器をこの順に通過する第２方向に切り換える切換手段と、を備える、車両用空調装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成によれば、冷房運転時と暖房運転時とで室外熱交換器を通過する冷媒の向きが逆になるため、熱交換器本体の膨張機構側に減圧管が設けられた室外熱交換器を用いれば、暖房運転では熱交換器本体における質量流量の均一化を図ることができ、冷房運転では熱交換器本体に高圧の冷媒をそのまま導くことができる。これにより、冷房運転と暖房運転のどちらでも効率的な熱交換を行うことができる。
【００１４】
しかも、冷房運転時には膨張機構が室外熱交換器の上流側に位置し、暖房運転時には膨張機構が室外熱交換器の下流側に位置するため、１つの膨張機構および１つの切換手段を用いた簡単な構成で冷房運転と暖房運転の双方を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図２】室外熱交換器の構成図
【図３】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図４】本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図５】（ａ）および（ｂ）は代替案の切換手段の構成図
【図６】（ａ）は従来の車両用空調装置の構成図、（ｂ）は同車両用空調装置に用いられるダンパを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１Ａの構成図である。この車両用空調装置１Ａは、図略の車室内の冷房および暖房を行うものであり、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２と、制御装置６（図１では図面の簡略化のために信号線の一部のみを作図）とを備えている。なお、冷媒としては、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＣＯ2などに加え、他のＨＦＣ系、ＨＣ系などが利用できる。
【００１８】
ヒートポンプ回路２は、圧縮機１１、第１室内熱交換器１２、四方弁１３、室外熱交換器１４、膨張弁１５および第２室内熱交換器１６を含んでおり、これらの機器は、第１流路２１〜第７流路２７によって接続されている。具体的に、圧縮機１１の吸入口は、第７流路２７を介して第２室内熱交換器１６に接続されており、圧縮機１１の吐出口は、第１流路２１を介して第１室内熱交換器１２に接続されている。第１室内熱交換器１２および第２室内熱交換器１６は、それぞれ第２流路２２および第６流路２６を介して四方弁１３の２つのポートに接続されており、四方弁１３の残りの２つのポートには、それぞれ第３流路２３および第５流路２５を介して室外熱交換器１４および膨張弁１５が接続されている。室外熱交換器１４と膨張弁１５とは、第４流路２４を介して互いに接続されている。換言すれば、室外熱交換器１４および膨張弁１５は、第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間に配置されている。なお、第７流路２７には、アキュムレータ１７が設けられている。
【００１９】
四方弁１３は、本発明の切換手段として機能するものであり、第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間の冷媒の流れ方向を、冷房運転時には破線矢印で示す第１方向に切り換え、暖房運転時には実線矢印で示す第２方向に切り換える。第１方向は、冷媒が室外熱交換器１４および膨張弁１３をこの順に通過する方向であり、第２方向は、冷媒が膨張弁１３および室外熱交換器１４をこの順に通過する方向である。本実施形態では、第１方向では、第１室内熱交換器１２から流出した冷媒が室外熱交換器１４および膨張弁１３をこの順に通過した後に第２室内熱交換器１６に流入し、第２方向では、第１室内熱交換器１２から流出した冷媒が膨張弁１３および室外熱交換器１４をこの順に通過した後に第２室内熱交換器１６に流入する。
【００２０】
圧縮機１１は、図略の電動モータにより駆動されるものであり、吸入口から吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する。電動モータは、圧縮機１１の内部に配置されていてもよいし、外部に配置されていてもよい。
【００２１】
第２室内熱交換器１６は、圧縮機１１に吸入される冷媒と車室内に送られる空気との間で熱交換を行い、第１室内熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒と車室内に送られる空気との間で熱交換を行う。本実施形態では、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、送風機４により車室内の空気（内気）および／または車室外の空気（外気）が流されるダクト３内に配置されている。すなわち、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、送風機４により供給される内気および／または外気と冷媒との間で熱交換を行う。さらに、本実施形態では、ダクト３内で、第２室内熱交換器１６が第１室内熱交換器１２よりも風上側に位置している。
【００２２】
ダクト３は、一端に流入口３１を有し、他端に流出口３２を有する。流入口３１は、内気を循環させるための内気導入口と車室内に外気を導入するための外気導入口の一方であってもよいし、双方を含んでいてもよい。流入口３１が内気導入口と外気導入口の双方を含む場合は、ダクト３内に、内気導入口を通じてダクト３内に取り込まれる内気の量と外気導入口を通じてダクト３内に取り込まれる外気の量の比率を調整する吸気ダンパが配設され得る。流出口３２は、車室内に開口するものであればよく、デフロスタ吹出口、フェイス吹出口およびフット吹出口など複数に分岐していてもよい。送風機４としては、流入口３１の近くに配置されるブロワを用いてもよいし、流出口３２の近くにも配置可能なファンを用いてもよい。なお、以下では、説明の便宜のために、送風機４によりダクト３内に流される空気が内気１００％であると仮定する。また、ダクト３の内部の構成については、後述にて詳細に説明する。
【００２３】
膨張弁１５は、冷媒を膨張させるものであり、本発明の膨張機構の一例である。本発明の膨張機構としては、膨張する冷媒から動力を回収する容積型の膨張機等を採用してもよい。
【００２４】
室外熱交換器１４は、車室外（例えば、自動車のフロント）に配置され、車両の走行およびファン１８により供給される外気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１４は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。
【００２５】
具体的に、室外熱交換器１４は、図２に示すように、複数のパス１４ｂを有する熱交換器本体１４ａと、熱交換器本体１４ａの両側に配置された第１ヘッダ１４ｃおよび第２ヘッダ１４ｄとを含む。第１ヘッダ１４ｃは、第４流路２４を介して膨張弁１５と接続されており、第２ヘッダ１４ｄは、第３流路２３を介して四方弁１３と接続されている。また、第１ヘッダ１４ｃは、パス１４ｂと同数の減圧管１４ｅによって熱交換器本体１４ａに接続されており、第２ヘッダ１４ｄは、パス１４ｂと同数の連絡管１４ｆによって熱交換器本体１４ａに接続されている。なお、図２中にも、上述した第１方向を破線矢印で示し、第２方向を実線矢印で示す。
【００２６】
暖房運転時には、膨張弁１５で膨張された気液二相状態の冷媒が第４流路２４を通じて第１ヘッダ１４ｃに導かれ、各減圧管１４ｅに流れ込む。すなわち、第１ヘッダ１４ｃおよび減圧管１４ｅは、気液二相状態の冷媒を分流する。気液二相状態の冷媒は、密度が均一ではないため、体積流量が同じでも質量流量が異なることがある。減圧管１４ｅは、気液二相状態の冷媒に圧力損失を与えることにより、全てのパス１４ｂでの質量流量を均一にするためのものである。例えば、減圧管１４ｅとしては、パス１４ｂを構成し得る伝熱管の一方の端部を絞った絞り部を用いることができ、連絡管１４ｆとしては、その伝熱管の他方の端部を用いることができる。なお、減圧管１４ｅおよび連絡管１４ｆは、それぞれ第１ヘッダ１４ｃおよび第２ヘッダ１４ｄ内に配置されていてもよい。
【００２７】
一方、冷房運転時には、第１室内熱交換器１２でほとんど放熱しなかった高温高圧の冷媒が第２流路２２および第３流路２３を通じて第２ヘッダ１４ｄに導かれ、各連絡管１４ｆに流れ込む。すなわち、第２ヘッダ１４ｄおよび連絡管１４ｆは、高温高圧の冷媒を分流する。ガス冷媒は、密度が均一な気相であるため、分流するだけで全てのパス１４ｂでの質量流量が均一になる。連絡管１４ｆは、高温高圧の冷媒にできるだけ圧力損失を与えないように、減圧管１４ｅよりも十分に大きな断面積を有する。
【００２８】
なお、暖房運転時および冷房運転時ともに、減圧管１４ｅによって冷媒が減圧されるが、この減圧幅が膨張弁１５による減圧幅と合わせて冷凍サイクルの高低圧力差になるように膨張弁１５が調整されるため、特に問題はない。
【００２９】
次に、図１を参照して、ダクト３の内部の構成を詳細に説明する。なお、図１はダクト３の形状を模式的に表すものであり、ダクト３の実際の形状は、当該ダクト３が設置されるスペースに合わせて膨らんでいたりうねっていたりしていてもよい。
【００３０】
本実施形態では、第２室内熱交換器１６が、ダクト３内で当該第２室内熱交換器１６を経由する風上側第１流路３Ａと当該第２室内熱交換器１６を経由しない風上側第２流路３Ｂとが層をなすように配置されている。同様に、第１室内熱交換器１２も、ダクト３内で当該第１室内熱交換器１２を経由する風下側第１流路３Ｃと当該第１室内熱交換器１２を経由しない風下側第２流路３Ｄとが層をなすように配置されている。また、ダクト３内には、風上側第１流路３Ａと風上側第２流路３Ｂとを仕切る第１仕切り板４１と、風下側第１流路３Ｃと風下側第２流路３Ｄとを仕切る第２仕切り板４２とが配設されている。そして、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、風上側第１流路３Ａが風下側第２流路３Ｄと連続し、風上側第２流路３Ｂが風下側第１流路３Ｃと連続するように、第１仕切り板４１および第２仕切り板４２を挟んで互いに反対側に位置している。
【００３１】
さらに、ダクト３内には、風上側第１流路３Ａを流れる風量と風上側第２流路３Ｂを流れる風量の比率を調整する第１ダンパ５１と、風下側第１流路３Ｃを流れる風量と風下側第２流路３Ｄを流れる風量の比率を調整する第２ダンパ５２とが配設されている。本実施形態では、第１ダンパ５１および第２ダンパ５２がそれぞれ第１仕切り板４１および第２仕切り板４２の風上側に配置されているが、第１ダンパ５１および第２ダンパ５２はそれぞれ第１仕切り板４１および第２仕切り板４２の風下側に配置されていてもよい。
【００３２】
上述した圧縮機１１、膨張弁１５、四方弁１３およびダンパ５１，５２は、制御装置６により制御される。制御装置６は、車室内に配置された操作パネル（図示せず）と接続されており、冷房運転および暖房運転を行う。以下、冷房運転時および暖房運転時における車両用空調装置１Ａの動作を説明する。
【００３３】
なお、以下では、説明の簡略化のために、第１ダンパ５１については、風上側第１流路３Ａを遮断する位置を熱交換器側遮断位置、風上側第２流路３Ｂを遮断する位置をバイパス側遮断位置、第１流路３Ａを流れる風量と第２流路３Ｂを流れる風量とが等しくなる位置を中間位置、中間位置と熱交換器側遮断位置との間の位置を熱交換器側抑制位置、中間位置とバイパス側遮断位置との間の位置をバイパス側抑制位置という。一方、第２ダンパ５２については、風下側第１流路３Ｃを遮断する位置を熱交換器側遮断位置、風下側第２流路３Ｄを遮断する位置をバイパス側遮断位置、第１仕切り板４１の風下側の端部と第２仕切り板４２の風上側の端部とを結ぶ線上に位置する位置を中間位置、中間位置と熱交換器側遮断位置との間の位置を熱交換器側抑制位置、中間位置とバイパス側遮断位置との間の位置をバイパス側抑制位置という。
【００３４】
＜冷房運転＞
通常の冷房運転時、制御装置６は、まずヒートポンプ回路２における第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間で冷媒が破線矢印で示す第１方向に流れるように四方弁１３を制御する。また、制御装置６は、第１ダンパ５１をバイパス側遮断位置にセットし、第２ダンパ５２を中間位置または熱交換器側遮断位置にセットする。このため、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、第１室内熱交換器１２をほとんど放熱することなくそのまま通過して室外熱交換器１４に流入し、ここで外気に放熱して中温高圧となる。室外熱交換器１４から流出した中温高圧の冷媒は、膨張弁１５で膨張されることにより低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、第２室内熱交換器１６に流入し、ここで内気から吸熱して蒸発する。第２室内熱交換器１６から流出した低温低圧の冷媒は、再び圧縮機１１に吸入されて圧縮される。一方、送風機４により流入口３１からダクト３内に取り込まれた内気は、第２室内熱交換器１６で冷却された後に、流出口３２から車室内に吹き出される。
【００３５】
冷房と同時に除湿を行う場合には、制御装置６は、第２ダンパ５２を中間位置または熱交換器側遮断位置からバイパス側抑制位置にシフトさせて、第２室内熱交換器１６で冷却された内気の一部を第１室内熱交換器１２で加熱する。
【００３６】
＜暖房運転＞
通常の暖房運転時、制御装置６は、まずヒートポンプ回路２における第１室内熱交換器１２と第２室内熱交換器１６の間で冷媒が実線矢印で示す第２方向に流れるように四方弁１３を制御する。また、制御装置６は、第１ダンパ５１を熱交換器側遮断位置にセットし、第２ダンパ５２を中間位置またはバイパス側遮断位置にセットする。このため、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、第１室内熱交換器１２で内気に放熱して中温高圧となる。第１室内熱交換器１２から流出した中温高圧の冷媒は、膨張弁１５で膨張されることにより低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、室外熱交換器１４に流入し、ここで外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１４から流出した低温低圧の冷媒は、第２室内熱交換器１６をほとんど吸熱することなくそのまま通過し、再び圧縮機１１に吸入されて圧縮される。一方、送風機４により流入口３１からダクト３内に取り込まれた内気は、第１室内熱交換器１２で加熱された後に、流出口３２から車室内に吹き出される。
【００３７】
暖房と同時に除湿を行う場合には、制御装置６は、第１ダンパ５１を熱交換器側遮断位置から熱交換器側抑制位置にシフトさせて、第１室内熱交換器１２で加熱される前の内気の一部を第２室内熱交換器１６で冷却除湿する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の車両用空調装置１Ａでは、冷房運転時と暖房運転時とで室外熱交換器１４を通過する冷媒の向きが逆になる。そして、室外熱交換器１４は、熱交換器本体１４ａの膨張弁１５側に減圧管１４ｅが設けられ、その反対側に連絡管１４ｆが設けられた構成を有しているので、暖房運転では熱交換器本体１４ａにおいて質量流量の均一化を図ることができ、冷房運転では熱交換器本体１４ａに高圧の冷媒を凝縮温度の低下を起こすこと無くそのまま導くことができる。これにより、冷房運転と暖房運転のどちらでも、冷媒分流を行う減圧管１４ｅは熱交換する冷媒温度に影響を与えないので、効率的な熱交換を行うことができる。
【００３９】
しかも、冷房運転時には膨張弁１５が室外熱交換器１４の上流側に位置し、暖房運転時には膨張弁１５が室外熱交換器１４の下流側に位置するため、１つの膨張弁１５および１つの四方弁１３を用いた簡単な構成で冷房運転と暖房運転の双方を実行することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ダクト３内に第１仕切り板４１および第２仕切り板４２が設けられているが、第１仕切り板４１がなくても第１ダンパ５１により風上側第１流路３Ａを流れる風量と風上側第２流路３Ｂを流れる風量の比率を変更することは可能である。同様に、第２仕切り板４２がなくても第２ダンパ５２により風下側第１流路３Ｃを流れる風量と風下側第２流路３Ｄを流れる風量の比率を変更することは可能である。
【００４１】
また、第２室内熱交換器１６および第１室内熱交換器１２は、必ずしも第１仕切り板４１および第２仕切り板４２を挟んで互いに反対側に位置している必要はなく、風上側第１流路３Ａが風下側第１流路３Ｃと連続し、風上側第２流路３Ｂが風下側第２流路３Ｄと連続するように、第１仕切り板４１および第２仕切り板４２に対して同じ方向に配置されていてもよい。
【００４２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置１Ｂの構成図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略することがある。この点は、後述する第３実施形態でも同様である。
【００４３】
本実施形態の車両用空調装置１Ｂは、第１室内熱交換器１２およびこの回りの構造以外は第１実施形態の車両用空調装置１Ａと同じ構成を有している。具体的に、本実施形態では、第１室内熱交換器１２が、当該第１室内熱交換器１２が配置される位置でのダクト３の断面積と同程度の大きさを有している。換言すれば、第１室内熱交換器１２は、ダクト３の内部を通風方向に分断するようにダクト３内に配置されている。また、バイパス回路２には、第１室内熱交換器１２をバイパスするように第１流路２１と第２流路２２とをつなぐバイパス路７が設けられている。
【００４４】
バイパス路７には、開閉弁７１が設けられている。開閉弁７１は、例えば、暖房運転時および除湿が必要な冷房運転時に閉じられ、それ以外の冷房運転時に開かれる。このような構成であれば、第１室内熱交換器１２を必要なときのみ働かせることができる。
【００４５】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置１Ｃの構成図である。本実施形態の車両用空調装置１Ｃは、第２室内熱交換器１６およびこの回りの構造以外は第１実施形態の車両用空調装置１Ａと同じ構成を有している。具体的に、本実施形態では、第２室内熱交換器１６が、当該第２室内熱交換器１６が配置される位置でのダクト３の断面積と同程度の大きさを有している。換言すれば、第２室内熱交換器１６は、ダクト３の内部を通風方向に分断するようにダクト３内に配置されている。また、バイパス回路２には、第２室内熱交換器１６をバイパスするように第６流路２６と第７流路２７とをつなぐバイパス路８が設けられている。
【００４６】
バイパス路８には、開閉弁８１が設けられている。開閉弁８１は、例えば、冷房運転時および除湿が必要な暖房運転時に閉じられ、それ以外の暖房運転時に開かれる。このような構成であれば、第２室内熱交換器１６を必要なときのみ働かせることができる。
【００４７】
（その他の実施形態）
前記各実施形態では、切換手段として四方弁１３が用いられていたが、本発明の切換手段はこれに限られるものではない。例えば、切換手段は、図５（ａ）に示すような、第２流路２２および第６流路２６と接続された２つの三方弁１３１が一対の配管１３２によってループ状に接続され、それらの配管１３２に第３流路２３および第５流路２５が接続された回路１３Ａであってもよい。あるいは、切換手段は、図５（ｂ）に示すようないわゆるブリッジ回路１３Ｂであってもよい。
【００４８】
また、第２室内熱交換器１６はダクト３内で必ずしも第１室内熱交換器１２よりも風上側に位置している必要はなく、それらの配置位置が逆になっていてもよい。ただし、第２室内熱交換器１６が第１室内熱交換器１２よりも風上側に位置していれば、暖房運転時にダクト３内を流れる空気を第１室内熱交換器１２で加熱する前に第２室内熱交換器１６で冷却して除湿することが可能になる。
【００４９】
また、図示は省略するが、第２実施形態の第１室内熱交換器１２およびバイパス路７を第３実施形態の第２室内熱交換器１６およびバイパス路８と組み合わせることも可能である。さらに、第１実施形態でも、第２実施形態のバイパス路７と第３実施形態のバイパス路８のいずれか一方または双方を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の車両用空調装置は、暖房に必要な熱源が十分に確保できない車両に適用できるので、特に電気自動車、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や燃料電池自動車などの非燃焼系の自動車に有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１Ａ〜１Ｃ 車両用空調装置
１１ 圧縮機
１２ 第１室内熱交換器
１３ 四方弁（切換手段）
１３Ａ 回路（切換手段）
１３Ｂ ブリッジ回路（切換手段）
１４ 室外熱交換器
１４ａ 熱交換器本体
１４ｂ パス
１４ｃ 第１ヘッダ
１４ｄ 第２ヘッダ
１４ｅ 減圧管
１４ｆ 連絡管
１５ 膨張弁（膨張機構）
１６ 第２室内熱交換器
２ ヒートポンプ回路
３ ダクト
３Ａ 風上側第１風路
３Ｂ 風上側第２風路
３Ｃ 風下側第１風路
３Ｄ 風下側第２風路
４１，４２ 仕切り板
５１，５２ ダンパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換を行う第１室内熱交換器、および前記圧縮機に吸入される冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換器を行う第２室内熱交換器を含むとともに、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間に配置された、前記車室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器、および冷媒を膨張させる膨張機構を含むヒートポンプ回路と、
前記ヒートポンプ回路に設けられた、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間の冷媒の流れ方向を、冷房運転時には冷媒が前記室外熱交換器および前記膨張機構をこの順に通過する第１方向に切り換え、暖房運転時には冷媒が前記膨張機構および前記室外熱交換器をこの順に通過する第２方向に切り換える切換手段と、
を備える、車両用空調装置。
【請求項２】
内部に前記第１室内熱交換器および前記第２室内熱交換器が配置された、送風機により前記車室内の空気および／または前記車室外の空気が流されるダクトをさらに備える、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第２室内熱交換器は、前記ダクト内で前記第１室内熱交換器よりも風上側に位置している、請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記第２室内熱交換器は、前記ダクト内で当該第２室内熱交換器を経由する風上側第１流路と当該第２室内熱交換器を経由しない風上側第２流路とが層をなすように配置されている、請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記ダクト内に配設された、前記風上側第１流路を流れる風量と前記風上側第２流路を流れる風量の比率を調整するダンパをさらに備える、請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記ダクト内に、前記風上側第１流路と前記風上側第２流路とを仕切るように配設された仕切り板をさらに備える、請求項４または５に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記第１室内熱交換器は、前記ダクト内で当該第１室内熱交換器を経由する風下側第１流路と当該第１室内熱交換器を経由しない風下側第２流路とが層をなすように配置されている、請求項３〜６のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記ダクト内に配設された、前記風下側第１流路を流れる風量と前記風下側第２流路を流れる風量の比率を調整するダンパをさらに備える、請求項７に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記ダクト内に、前記風下側第１流路と前記風下側第２流路とを仕切るように配設された仕切り板をさらに備える、請求項７または８に記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記室外熱交換器は、複数のパスを有する熱交換器本体と、前記膨張機構に接続された第１ヘッダと、前記第１ヘッダと前記熱交換器本体を接続する複数の減圧管と、前記前記切換手段と接続された第２ヘッダと、前記第２ヘッダと前記熱交換器本体を接続する複数の連絡管と、を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項１】
車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換を行う第１室内熱交換器、および前記圧縮機に吸入される冷媒と前記車室内に送られる空気との熱交換器を行う第２室内熱交換器を含むとともに、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間に配置された、前記車室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器、および冷媒を膨張させる膨張機構を含むヒートポンプ回路と、
前記ヒートポンプ回路に設けられた、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間の冷媒の流れ方向を、冷房運転時には冷媒が前記室外熱交換器および前記膨張機構をこの順に通過する第１方向に切り換え、暖房運転時には冷媒が前記膨張機構および前記室外熱交換器をこの順に通過する第２方向に切り換える切換手段と、
を備える、車両用空調装置。
【請求項２】
内部に前記第１室内熱交換器および前記第２室内熱交換器が配置された、送風機により前記車室内の空気および／または前記車室外の空気が流されるダクトをさらに備える、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第２室内熱交換器は、前記ダクト内で前記第１室内熱交換器よりも風上側に位置している、請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記第２室内熱交換器は、前記ダクト内で当該第２室内熱交換器を経由する風上側第１流路と当該第２室内熱交換器を経由しない風上側第２流路とが層をなすように配置されている、請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記ダクト内に配設された、前記風上側第１流路を流れる風量と前記風上側第２流路を流れる風量の比率を調整するダンパをさらに備える、請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記ダクト内に、前記風上側第１流路と前記風上側第２流路とを仕切るように配設された仕切り板をさらに備える、請求項４または５に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記第１室内熱交換器は、前記ダクト内で当該第１室内熱交換器を経由する風下側第１流路と当該第１室内熱交換器を経由しない風下側第２流路とが層をなすように配置されている、請求項３〜６のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記ダクト内に配設された、前記風下側第１流路を流れる風量と前記風下側第２流路を流れる風量の比率を調整するダンパをさらに備える、請求項７に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記ダクト内に、前記風下側第１流路と前記風下側第２流路とを仕切るように配設された仕切り板をさらに備える、請求項７または８に記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記室外熱交換器は、複数のパスを有する熱交換器本体と、前記膨張機構に接続された第１ヘッダと、前記第１ヘッダと前記熱交換器本体を接続する複数の減圧管と、前記前記切換手段と接続された第２ヘッダと、前記第２ヘッダと前記熱交換器本体を接続する複数の連絡管と、を含む、請求項１〜９のいずれか一項に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２０１２−２４５８４９（Ｐ２０１２−２４５８４９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７９６７（Ｐ２０１１−１１７９６７）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]