JP5040897B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプにより車室内暖房を行う車両用空調装置に関するものである。

このような車両用空調装置として特許文献１に記載のものがある。これは、空調ケース内に収容される冷却用熱交換器と、車室外に配置される室外熱交換器と、冷媒流れ方向を変更させるための四方弁とを備え、この四方弁によって冷媒流れ方向を変更させることで、車室内に向かって流れる空気を冷却用熱交換器で冷却する冷却運転と、車室内に向かって流れる空気を冷却用熱交換器で加熱する暖房運転とを切り替えている。この暖房運転がヒートポンプ運転である。

具体的には、冷却運転時では、室外熱交換器で冷媒を放熱させ、冷却用熱交換器で冷媒を吸熱させる冷媒流れとしており、ヒートポンプ運転時では、四方弁によって冷媒流れ方向を冷却運転時とは逆の方向に変更して、室外熱交換器で冷媒を吸熱させ、冷却用熱交換器で冷媒を放熱させる冷媒流れとしている。このように、特許文献１の車両用空調装置では、ヒートポンプ運転時に、冷却運転時とは逆に、室外熱交換器を吸熱器として使用し、冷却用熱交換器を放熱器として使用して、この冷却用熱交換器で空気を加熱している。

ところで、室内に異臭を吹き出すことを防止した車両用空調装置が特許文献２に開示されている。これは、送風機および圧縮機の停止条件のときに、送風機を逆回転させることにより、吹出口から吸入した車室内空気をヒータコアで加熱し、加熱した空気を冷却用熱交換器としての蒸発器に送風し、蒸発器を通過した後の空気を外気導入口から放出することで、蒸発器に付着した凝縮水から異臭が発生する前に、蒸発器を乾かすものである。
特開２００５−３０６３００号公報 特開２００２−６７６６８号公報

上述の特許文献１に記載の車両用空調装置では、ヒートポンプ運転時に、冷却運転時と異なり、冷却用熱交換器を吸熱器として使用せず、室外熱交換器を吸熱器として使用するために、冷媒流れ方向を冷却運転時とは逆の方向に変更するための四方弁が必要となり、冷媒回路の構成が複雑化するという問題がある。

この問題を回避する方法としては、ヒートポンプ運転時においても冷却運転時と同様に、冷却用熱交換器を吸熱器として使うことが考えられる。これによれば、ヒートポンプ運転時の冷媒流れ方向を冷却運転時と同じ方向にできるので、四方弁を用いる必要が無くなり、特許文献１と比較して、冷媒回路の構成の複雑化を抑制できる。

ちなみに、この場合、放熱器として、原動機の冷却水と冷媒との間で熱交換を行う水−冷媒熱交換器を用い、原動機の冷却水の熱によって空気を加熱するヒータコアによって暖房を行う、もしくは、放熱器として、冷媒と空気との間で熱交換を行うガスクーラを用い、このガスクーラによって暖房を行うことが考えられる。

しかし、ヒートポンプ運転時に冷却用熱交換器を吸熱器として使用する場合、別の問題が生じる。すなわち、この場合、送風機を冷却運転と同様に作動させて、冷却用熱交換器通過後の冷たい空気を車室内に向けて流したのでは、暖房としての意味をなさないという問題が生じる。

なお、ヒートポンプ運転時に冷却用熱交換器を吸熱器として使用する場合では、特許文献２に記載のように、冷却用熱交換器通過後の冷たい空気を外気導入口から放出することが考えられるが、特許文献２に記載の技術では、吹出口から空気を吸入しているので、吹出口から暖かい空気を吹き出すことができない。よって、特許文献２に記載の技術をそのまま用いたのでは、車室内暖房ができない。

本発明は上記点に鑑みて、空調ケース内の冷却用熱交換器を吸熱器として用いたヒートポンプによる車室内暖房が可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒と車室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（１２）と、冷媒と空気とを熱交換させて、空気を冷却する冷却用熱交換器（１４）と、冷媒と原動機（３）を冷却する冷却水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）と、原動機（３）の冷却水と空気との熱交換により、冷却用熱交換器（１４）を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器（１９）とを備え、
車室内に向かって流れる空気を冷却用熱交換器（１４）で冷却する冷却運転時では、室外熱交換器（１２）で圧縮機（１１）吐出後の冷媒を放熱させ、冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、
車室内暖房のために、原動機（３）の冷却水を水−冷媒熱交換器（１５）で加熱するヒートポンプ運転時では、冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、水−冷媒熱交換器（１５）で冷媒を放熱させる車両用空調装置であって、
空調ケース（２１）のうち冷却用熱交換器（１４）と加熱用熱交換器（１９）との間に設けられ、車室内空気を吸い込むための内気吸込用開口部（４０）と、
冷却運転時に内気吸込用開口部（４０）を閉じ、ヒートポンプ運転時に内気吸込用開口部（４０）を開く開閉ドア（４１）と、
冷却運転時に内気導入口（２４）もしくは外気導入口（２５）から吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう空気流れを空調ケース（２１）の内部に形成するとともに、ヒートポンプ運転時に内気吸込用開口部（４０）から車室内の空気を吸い込み、内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、冷却用熱交換器（１４）を通過して外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、加熱用熱交換器（１９）を通過して吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成する送風手段（２２、４４、５０、５１）とを備えることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明では、冷媒と車室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（１２）と、冷媒と空気とを熱交換させて、空気を冷却する冷却用熱交換器（１４）と、冷媒と空気との熱交換により、冷却用熱交換器（１４）を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器（７１）とを備え、
車室内に向かって流れる空気を冷却用熱交換器（１４）で冷却する冷却運転時では、室外熱交換器（１２）で圧縮機（１１）吐出後の冷媒を放熱させ、冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、
車室内暖房のために、加熱用熱交換器（７１）で空気を加熱するヒートポンプ運転時では、冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、加熱用熱交換器（７１）で冷媒を放熱させる車両用空調装置であって、
空調ケース（２１）のうち冷却用熱交換器（１４）と加熱用熱交換器（７１）との間に設けられ、車室内空気を吸い込むための内気吸込用開口部（４０）と、
冷却運転時に内気吸込用開口部（４０）を閉じ、ヒートポンプ運転時に内気吸込用開口部（４０）を開く開閉ドア（４１）と、
冷却運転時に内気導入口（２４）もしくは外気導入口（２５）から吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう空気流れを空調ケース（２１）の内部に形成するとともに、ヒートポンプ運転時に内気吸込用開口部（４０）から車室内の空気を吸い込み、内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、冷却用熱交換器（１４）を通過して外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、加熱用熱交換器（７１）を通過して吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成する送風手段（２２、４４、５０、５１）とを備えることを特徴としている。

このように、請求項１に記載の発明では、車室内暖房を目的としたヒートポンプ運転時に、空調ケース内の冷却用熱交換器（１４）を吸熱器として使用し、水−冷媒熱交換器（１５）を放熱器として使用することで、冷却用熱交換器で冷媒が空気から吸収した熱を熱源として、原動機の冷却水を介して、車室内暖房を行う構成となっている。

また、請求項２に記載の発明では、車室内暖房を目的としたヒートポンプ運転時に、空調ケース内の冷却用熱交換器（１４）を吸熱器として使用し、空調ケース内の加熱用熱交換器（７１）を放熱器として使用することで、冷却用熱交換器で冷媒が空気から吸収した熱を熱源としての車室内暖房を行う構成となっている。

そして、請求項１、２に記載の発明では、ヒートポンプ運転時に、冷却用熱交換器と加熱用熱交換器の間に設けた内気吸込用開口部（４０）から車室内空気を吸い込むようにしているので、冷却用熱交換器を通過して外気導入口に向かう空気流れと、加熱用熱交換器を通過して吹出開口部に向かう空気流れとを形成することが可能である。

さらに、請求項１、２に記載の発明では、冷却用熱交換器を通過した冷たい空気を外気導入口から車室外に放出し、加熱用熱交換器を通過した暖かい空気を吹出開口部から車室内に吹き出すようになっているので、空調ケース内の冷却用熱交換器を吸熱器として使用するヒートポンプによる車室内暖房の実現が可能である。

ここで、送風手段としては、例えば、請求項３、４、５に記載の構成を採用できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す。図１に示すように、車両用空調装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成する冷媒回路２と、原動機としてのエンジン３を冷却する冷却水回路４とを備えている。

冷媒回路２は、圧縮機１１と、室外熱交換器１２と、第１の膨張弁１３と、蒸発器１４とが順に直列接続され、圧縮機１１と室外熱交換器１２との間に、水−冷媒熱交換器１５および第２の膨張弁１６が順に直列接続されている。さらに、冷媒回路２は、水−冷媒熱交換器１５および第２の膨張弁１６をバイパスして冷媒が流れるバイパス通路１７と、バイパス通路１７を開閉する開閉手段としての第１の電磁弁１８とを有している。

この冷媒回路２では、冷媒としてフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成する。なお、冷凍サイクルを構成する各機能部１１〜１６は、冷媒配管等によって接続されている。

各機能部１１〜１６について説明すると、圧縮機１１は冷媒を圧縮して吐出するものであり、室外熱交換器１２は冷媒と車室外空気とを熱交換させる熱交換器であり、第１の膨張弁１３は、冷媒を減圧膨張させる第１の減圧手段である。

また、蒸発器１４は、冷媒と空気との熱交換により、液相の冷媒が吸熱して蒸発することで、空気を冷却する冷却用熱交換器（冷房用熱交換器）である。蒸発器１４は、車室内最前部の図示しない車両計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置される空調ユニット２０の空調ケース２１の内部に収容されている。

水−冷媒熱交換器１５は、冷却水が流れる冷却水通路１５ａと、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が流れる冷媒通路１５ｂとを有し、冷却水と冷媒とを熱交換させて、冷媒から冷却水への放熱により、冷却水を加熱する熱交換器である。

第２の膨張弁１６は、冷媒を減圧膨張させる第２の減圧手段であり、後述するように、ヒートポンプ運転時に室外熱交換器１２を吸熱器として使用するために用いている。

一方、冷却水回路４は、エンジン３と、ヒータコア１９と、水−冷媒熱交換器１５とが接続されており、図示しないウォータポンプによって、エンジン３を冷却する冷却水が循環するように構成されている。

ヒータコア１９は、エンジンによって加熱された冷却水と空気とを熱交換させて、空気を加熱する加熱用熱交換器（暖房用熱交換器）である。ヒータコア１９は、空調ユニット２０の空調ケース２１の内部に収容されている。

本実施形態では、オートエアコン時に、図示しない制御装置（エアコンＥＣＵ）が第１の電磁弁１８の開閉を切り替えることで、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の運転モードが、冷却運転とヒートポンプ運転との間で切り替えられるようになっている。

冷却運転は、車室内に向かって流れる空気を蒸発器１４で冷却することを目的とした運転モードであり、車室内の冷房、除湿、暖房を行う通常の空調時に実行される運転モードである。

この冷却運転時では、第１の電磁弁１８が開状態となることで、図１中の破線矢印で示すように、圧縮機１１→バイパス通路１７→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

すなわち、圧縮機１１吐出後の高温高圧の冷媒は、室外熱交換器１２で車室外空気と熱交換することで放熱して凝縮し、第１の膨張弁１３で減圧膨張された後、蒸発器１４で車室内に向かって流れる空気から吸熱して蒸発する。これにより、蒸発器１４を通過する空気が冷却される。そして、蒸発器１４で吸熱した冷媒は、圧縮機１１に吸入されて圧縮される。

一方、ヒートポンプ運転は、蒸発器１４で冷媒が吸収した熱を、エンジン冷却水を介して、空調ケース２１の内部を流れる空気に与えることで、車室内暖房を行うことを目的とした運転モードである。例えば、エンジン始動直後のように、エンジン冷却水の温度が低く、車室内暖房に必要な熱量が不足しているときの車室内暖房時に、冷凍サイクルの運転モードがヒートポンプ運転に切り替えられる。

なお、運転モードの切替は、冷却水温度を検出する図示しない水温センサからの入力結果に基づいて、制御装置が実行する。例えば、冷却水の温度が４５℃以下のとき、ヒートポンプ運転が実行される。これにより、エンジンの排熱量が少ない場合であっても、暖房に必要な熱量を補うことで、ヒータコア１９による暖房が可能となる。

このヒートポンプ運転時では、第１の電磁弁１８が閉状態となることで、図１中の実線矢印で示すように、圧縮機１１→水−冷媒熱交換器１５→第２の膨張弁１６→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）が構成される。

すなわち、圧縮機１１吐出後の高温高圧の冷媒が、水−冷媒熱交換器１５で冷却水と熱交換して放熱することで、冷却水が加熱される。これにより、この加熱された冷却水がヒータコア１９で空気と熱交換することで、空調ケース２１の内部を流れる空気が暖められる。そして、水−冷媒熱交換器１５を通過した冷媒は、第２の膨張弁１６で減圧膨張された後、室外熱交換器１２で車室外空気から吸熱する。さらに、室外熱交換器１２を通過した冷媒は、第１の膨張弁１３で減圧膨張された後、蒸発器１４で車室内に向かって流れる空気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器１４で吸熱した冷媒は、圧縮機１１に吸入されて圧縮される。

このように、本実施形態では、冷却運転では、室外熱交換器１２を放熱器として使用し、蒸発器１４を吸熱器として使用しているのに対して、ヒートポンプ運転では、室外熱交換器１２および蒸発器１４を吸熱器として使用し、水−冷媒熱交換器１５を放熱器として使用している。

そして、本実施形態では、ヒートポンプ運転時に、室外熱交換器１２と蒸発器１４の２つを吸熱器として使用することで、蒸発器１４のみを吸熱器として使用する場合と比較して、冷媒の吸熱量を増大させることを図っている。

次に、空調ユニット２０について説明する。図２、３に、空調ユニット２０の断面図を示す。図２は、冷凍サイクルの運転モードが冷却運転（通常空調時）の場合を示しており、図３は、冷凍サイクルの運転モードがヒートポンプ運転の場合を示している。なお、図２、３の上下方向が空調ユニット２０の車両搭載状態での上下方向である。

図２に示すように、空調ユニット２０は空調ケース２１を備えており、この空調ケース２１の内部には、冷却運転時の空気流れ（空調風流れ）の上流側から順に、蒸発器１４、第１送風機５０、第２送風機５１、ヒータコア１９が配置されている。第１送風機５０および第２送風機５１が本発明の送風手段を構成している。

本実施形態の空調ユニット２０は、蒸発器１４を通過した空気の全量がヒータコア１９を通過する構成であり、ヒータコア１９に供給される冷却水の量を調節することで、室内に吹き出す空気の温度を制御するリヒート方式を採用している。

空調ケース２１は、冷却運転時に車室内に向かって空気が流れる空気通路を内部に形成するものであり、樹脂製である。

また、図２、３では区別していないが、空調ケース２１は、蒸発器１４およびヒータコア１９よりも空調風流れ上流側に内外気切替部を有しており、この内外気切替部には、車室内空気（内気）を吸い込むための内気吸込口２４と、車室外空気（外気）を吸い込むための外気吸込口２５と、これらの両吸込口２４、２５を開閉する開閉ドア２６、２７とが設けられている。

また、空調ケース２１は、蒸発器１４およびヒータコア１９よりも空調風流れ下流側に、複数の吹出開口部２８、２９、３０と、これらを選択して開閉する吹出モードドア３１、３２、３３とを有している。複数の吹出開口部２８、２９、３０は、車室内に空調風を吹き出すための開口部であり、それぞれ、車室内に設けられている各吹出口と連通している。複数の吹出開口部は、例えば、デフロスタ開口部２８、フェイス開口部２９およびフット開口部３０であり、それぞれに、吹出モードドアとして、デフロスタ用ドア３１、フェイス用ドア３２およびフット用ドア３３が設けられている。

空調ケース２１には、ヒートポンプ運転時に車室内空気を吸い込むための内気吸込用開口部４０と、この内気吸込用開口部４０を開閉する開閉ドア４１とが設けられている。この内気吸込用開口部４０は、内気導入口２４、外気導入口２５および複数の吹出開口部２８、２９、３０とは別に設けられており、蒸発器１４とヒータコア１９との間に配置されている。なお、蒸発器１４とヒータコア１９との間とは、冷却運転時の空気流れ方向での間である。

第１送風機５０と第２送風機５１は、冷却運転時（通常空調時）に、内気導入口２４もしくは外気導入口２５から複数の吹出開口部２８、２９、３０に向かう方向に送風するものである。第１送風機５０と第２送風機５１は、ともに軸流ファンによって構成される。本実施形態では、第１送風機５０を構成する羽根車５０ａと、第２送風機５１を構成する羽根車５１ａとが、共通のモータ５２によって回転する構成であり、第１送風機５０と第２送風機５１とが一体に構成されている。

第１送風機５０の羽根車５０ａは、内気吸込用開口部４０よりも蒸発器１４および外気導入口２５側に配置されており、第２送風機５１の羽根車５１ａは、内気吸込用開口部４０よりもヒータコア１９および複数の吹出開口部２８、２９、３０側に配置されている。

第１送風機５０は、送風方向を正方向（内気導入口２４もしくは外気導入口２５から複数の吹出開口部２８、２９、３０に向かう方向）と逆方向との間で変更可能なものであり、例えば、正回転と逆回転との切替が可能となっている。一方、第２送風機５１の送風方向は正方向のみである。

そして、冷凍サイクルの冷却運転時では、図示しない制御装置が、図２に示すように、開閉ドア４１によって内気吸込用開口部４０を閉じて、第１送風機５０と第２送風機５１の両方を正回転で作動させる。このとき、制御装置は、外気導入口２５の開閉ドア２７の位置と、内気導入口２４の開閉ドア２６の位置とを所望の空気導入モードに応じた位置とし、吹出モードドア３１、３２、３３の位置を所望の吹出モードに応じた位置とする。

これにより、図２中の矢印のように、内気吸込口２４もしくは外気吸込口２５から吸い込んだ空気が、蒸発器１４およびヒータコア１９を通過して、複数の吹出開口部２８、２９、３０のいずれかから車室内に向かう空気流れが形成される。

図２に示すように、例えば、空気導入モードが外気導入モードである車室内暖房時では、図２中の矢印のように、外気導入口２５から導入された空気は、蒸発器１４を通過して除湿された後、ヒータコア１９を通過することで所望温度の暖風となって、デフロスタ開口部２８およびフット開口部３０から車室内に吹き出される。

一方、ヒートポンプ運転時では、図示しない制御装置が、図３に示すように、開閉ドア４１によって内気吸込用開口部４０を開き、第１送風機を逆回転で作動させ、第２送風機を正回転で作動させる。このとき、外気導入口２５の開閉ドア２７を開の位置とし、内気導入口２４の開閉ドア２６を閉の位置とし、吹出モードドア３１、３２、３３の位置を所望の吹出モードに応じた位置、例えば、デフロスタ用ドア３１を開の位置とし、フェイス用ドア３２およびフット用ドア３３を閉の位置とする。

これにより、図３中の矢印のように、内気吸込用開口部４０から車室内の空気を空調ケース２１の内部に吸い込み、内気吸込用開口部４０からの空気流れを分流させ、蒸発器１４を通過して外気導入口２５から車室外に向かう空気流れと、ヒータコア１３を通過してデフロスタ開口部２８およびフット開口部３０から車室内に向かう空気流れとを形成する。

このように、本実施形態では、ヒートポンプ運転時に、蒸発器１４とヒータコア１９の間に設けた内気吸込用開口部４０から車室内の空気を吸い込むようにしているので、内気吸込用開口部４０から蒸発器１４を通過して外気導入口２５に向かう空気流れと、内気吸込用開口部４０からヒータコア１９を通過してフット開口部３０等の吹出開口部に向かう空気流れとを形成することが可能である。

そして、蒸発器１４を通過した冷たい空気を外気導入口２５から車室外に放出し、ヒータコア１９を通過した暖かい空気を吹出開口部から車室内に吹き出すようになっているので、空調ケース内の蒸発器１４を吸熱器として使用するヒートポンプによる車室内暖房を行うことができる。

また、本実施形態の冷媒回路２は、圧縮機１１、水−冷媒熱交換器１５、第２の膨張弁１６、室外熱交換器１２、第１の膨張弁１３、蒸発器１４の順に直列接続される冷媒回路に対して、水−冷媒熱交換器１５、第２の膨張弁１６をバイパスするバイパス通路１７と、バイパス通路１７を開閉する第１の電磁弁１８とを設けた簡素な構成である。そして、冷却運転時とヒートポンプ運転時では、ともに、圧縮機１１→・・・→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が流れるようになっている。

このように、本実施形態では、ヒートポンプ運転時に蒸発器１４を吸熱器として使用することから、冷媒回路２の冷媒流れ方向を冷却運転時と同じ方向にすることができる。この結果、本実施形態によれば、特許文献１に記載の冷媒流れを反転させるための四方弁が不要となり、特許文献１に記載の冷媒回路と比較して、回路構成を簡略化できる。

（第２実施形態）
図４、５に、本実施形態における空調ユニット２０の断面図を示す。図４は、冷凍サイクルの運転モードが冷却運転の場合を示しており、図５は、冷凍サイクルの運転モードがヒートポンプ運転の場合を示している。なお、図４、５では、図２、３と同一の構成部に同一の符号を付している。

本実施形態の空調ユニット２０は、空調ケース２１の内部に、冷却運転時の空気流れ（空調風流れ）の上流側から順に、冷却運転用送風機２２、蒸発器１４、エアミックスドア２３、ヒータコア１９が配置されている。本実施形態の空調ユニット２０は、エアミックスドア２３によって、蒸発器１４を通過した空気と、ヒータコア１９を通過した空気とを所望割合で混合させることで、室内に吹き出す空気の温度を制御するエアミックス方式を採用している。

さらに、空調ケース２１には、開閉ドア４１によって開閉される内気吸込用開口部４０から先端開口部４２まで連通する連通路４３が設けられている。この連通路４３は、空調ケース２１に一体もしくは別体に形成されたものである。そして、この連通路４３内にヒートポンプ運転用送風機４４が設けられている。したがって、本実施形態では、ヒートポンプ運転用送風機４４は、内気吸込用開口部４０よりも空気流れ上流側に配置されている。なお、この空気流れとは、内気吸込用開口部４０から空調ケース２１の内部に向かって流れる空気流れのことである。

本実施形態では、冷却運転用送風機２２およびヒートポンプ運転用送風機４４が本発明の送風手段を構成している。冷却運転用送風機２２およびヒートポンプ運転用送風機４４としては、例えば、軸流ファンが用いられる。

冷却運転用送風機２２は、送風方向を正方向（内気導入口２４もしくは外気導入口２５から複数の吹出開口部２８、２９、３０に向かう方向）と逆方向との間で変更可能なものであり、例えば、正回転と逆回転との切替が可能となっている。一方、ヒートポンプ運転用送風機４４の送風方向は、内気吸込用開口部４０から空調ケース２１の内部に向かって車室内空気を押し込む正方向のみである。

そして、冷却運転時では、図示しない制御装置が、図４に示すように、開閉ドア４１によって内気吸込用開口部４０を閉じて、ヒートポンプ運転用送風機４４を停止させるとともに、送風方向を正方向として冷却運転用送風機２２を作動させる。

このとき、図示しない制御装置は、外気導入口２５の開閉ドア２７の位置と、内気導入口２４の開閉ドア２６の位置とを所望の空気導入モードに応じた位置とし、吹出モードドア３１、３２、３３の位置を所望の吹出モードに応じた位置とし、エアミックスドア２３の位置を所望の空調温度となる位置とする。これにより、一般的な空調時と同様に、内気吸込口２４もしくは外気吸込口２５から吸い込んだ空気が、蒸発器１４およびヒータコア１９を通過して、複数の吹出開口部２８、２９、３０のいずれかから車室内に向かう空気流れが形成される。

例えば、図４に示すように、空気導入モードが外気導入モードであり、空調モードが最大暖房の場合では、エアミックスドア２３は最大暖房位置とされ、外気導入口２５から導入された空気は、図４中の矢印に示すように、蒸発器１４を通過して除湿された後、ヒータコア１９を通過することで所望温度の暖風となって、デフロスタ開口部２８およびフット開口部３０から車室内に吹き出される。

一方、ヒートポンプ運転時では、図示しない制御装置が、図５に示すように、開閉ドア４１によって内気吸込用開口部４０を開き、送風方向を逆方向として冷却運転用送風機２２を作動させるとともに、ヒートポンプ運転用送風機４４を作動させる。

外気導入口２５の開閉ドア２７を開の位置とし、内気導入口２４の開閉ドア２６を閉の位置とし、吹出モードドア３１、３２、３３の位置を所望の吹出モードに応じた位置、例えば、デフロスタ用ドア３１を開の位置とし、フェイス用ドア３２およびフット用ドア３３を閉の位置とする。また、エアミックスドア２３の位置を、ヒータコア１９に空気が通過する位置、例えば、吹出開口部に向かう空気の全てがヒータコア１９を通過する最大暖房位置とする。

これにより、先端開口部４２、連通路４３を通過して、内気吸込用開口部４０から空調ケース２１の内部に車室内空気を吸い込み、内気吸込用開口部４０からの空気流れを分流させ、蒸発器１４を通過して外気導入口２５から車室外に向かう空気流れと、ヒータコア１９を通過してデフロスタ開口部２８およびフット開口部３０から車室内に向かう空気流れとを形成することができる。よって、本実施形態においても第１実施形態と同様に、空調ケース内の蒸発器１４を吸熱器として使用するヒートポンプによる車室内暖房を行うことができる。

（第３実施形態）
図６に、本実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す。図６では、図１と同一の構成部に同一の符号を付している。

本実施形態では、図１に示される冷媒回路２に対して、第２の膨張弁１６、バイパス通路１７および第１の電磁弁１８を省略している。このため、本実施形態の冷媒回路２は、圧縮機１１、水−冷媒熱交換器１５、室外熱交換器１２、第１の膨張弁１３、蒸発器１４の順に直列接続された構成であり、第１実施形態と比較してより簡素な構成となっている。

そして、冷却運転時では、図６中の破線矢印で示すように、圧縮機１１→水−冷媒熱交換器１５→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

一方、ヒートポンプ運転時では、図６中の実線矢印で示すように、圧縮機１１→水−冷媒熱交換器１５→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。本実施形態では、第１実施形態と異なり、室外熱交換器１２と蒸発器１４のうち蒸発器１４のみを吸熱器として使用している。

（第４実施形態）
図７に、本実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す。図７では、図１と同一の構成部に同一の符号を付している。

本実施形態の冷媒回路２は、図６の冷媒回路２に対して圧縮機１１の冷媒吐出側である圧縮機１１と第１の膨張弁１３との間の接続関係を変更したものである。具体的には、圧縮機１１と第１の膨張弁１３との間に、室外熱交換器１２と水−冷媒熱交換器１５とを並列に接続している。そして、室外熱交換器１２を流れる冷媒の通路を開閉する第２の電磁弁６１と、水−冷媒熱交換器１５を流れる冷媒の通路を開閉する第３の電磁弁６２とを設けている。

本実施形態では、冷却運転時では、図示しない制御装置によって、第２の電磁弁６１が開状態となり、第３の電磁弁６２が閉状態となることで、図７中の破線矢印で示すように、圧縮機１１→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

一方、ヒートポンプ運転時では、図示しない制御装置によって、第２の電磁弁６１が閉状態となり、第３の電磁弁６２が開状態となることで、図７中の実線矢印で示すように、圧縮機１１→水−冷媒熱交換器１５→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）が構成される。

（第５実施形態）
図８に、本実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す。図８では、図１と同一の構成部に同一の符号を付している。

本実施形態では、図１の冷媒回路２において、ヒートポンプ運転時に放熱器として用いていた水−冷媒熱交換器１５をガスクーラ７１に変更し、このガスクーラ７１をヒータコア１９の代わりに加熱用熱交換器として用いている。

具体的には、本実施形態の冷媒回路２は、圧縮機１１と、室外熱交換器１２と、第１の膨張弁１３と、蒸発器１４とが順に直列接続され、圧縮機１１と室外熱交換器１２との間に、ガスクーラ７１および第２の膨張弁７２が順に直列接続されている。さらに、冷媒回路２は、ガスクーラ７１および第２の膨張弁７２をバイパスして冷媒が流れるバイパス通路７３と、バイパス通路７３を開閉する開閉手段としての第１の電磁弁７４とを有している。

ガスクーラ７１は、冷媒と空気との間での熱交換により、冷媒の熱を空気に放出する放熱器であり、空調ケース２１の内部に収容されている。なお、第２の膨張弁７２、バイパス通路７３および第１の電磁弁７４は、それぞれ、図１の冷媒回路２における第２の膨張弁１６、バイパス通路１７および第１の電磁弁１８に対応している。

本実施形態の冷媒回路２では、冷却運転時に、図示しない制御装置によって、第１の電磁弁７４が開状態となることで、図８中の破線矢印で示すように、圧縮機１１→バイパス通路７３→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。すなわち、室外熱交換器１２で圧縮機１１吐出後の冷媒を放熱させ、蒸発器１４で冷媒を吸熱させる冷凍サイクルが構成される。

一方、ヒートポンプ運転時では、図示しない制御装置によって、第１の電磁弁７４が閉状態となることで、図８中の実線矢印で示すように、圧縮機１１→ガスクーラ７１→第２の膨張弁７２→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）が構成される。すなわち、空調ケース２１内の蒸発器１４で冷媒を吸熱させ、ガスクーラ７１で冷媒を放熱させるヒートポンプサイクルが構成される。

したがって、本実施形態では、ヒートポンプ運転時に、蒸発器１４で冷媒が吸収した熱を、ガスクーラ７１で、空調ケース２１の内部を流れる空気に直接与えることで、車室内暖房を行う。

（第６実施形態）
図９に、本実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す。図９では、図８と同一の構成部に同一の符号を付している。

本実施形態は、図８に示す冷媒回路２に対して圧縮機１１の冷媒吐出側である圧縮機１１と第１の膨張弁１３との間の接続関係を変更したものである。具体的には、圧縮機１１と第１の膨張弁１３との間に、室外熱交換器１２とガスクーラ７１とを並列に接続している。そして、室外熱交換器１２を流れる冷媒の通路を開閉する第２の電磁弁７５と、ガスクーラ７１を流れる冷媒の通路を開閉する第３の電磁弁７６とを設けている。この第２、第３の電磁弁７５、７６は、それぞれ、図７中の第２、第３の電磁弁６１、６２に対応している。

本実施形態では、冷却運転時では、図示しない制御装置によって、第２の電磁弁７５が開状態となり、第３の電磁弁７６が閉状態となることで、図９中の破線矢印で示すように、圧縮機１１→室外熱交換器１２→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

一方、ヒートポンプ運転時では、図示しない制御装置によって、第２の電磁弁７５が閉状態となり、第３の電磁弁７６が開状態となることで、図９中の実線矢印で示すように、圧縮機１１→ガスクーラ７１→第１の膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）が構成される。

（他の実施形態）
（１）第１実施形態の空調ユニット２０はリヒート方式を採用していたが、第２実施形態のようにエアミックス方式を採用しても良い。同様に、第２実施形態の空調ユニット２０においても、第１実施形態のようにリヒート方式を採用しても良い。

（２）第１実施形態では、第１送風機５０と第２送風機５１とを一体化させていたが、第１送風機５０と第２送風機５１とを別体としても良い。この場合、第１送風機５０を蒸発器１４よりも外気導入口２５側に配置しても良く、第２送風機５１をヒータコア１９よりも吹出開口部２８、２９、３０側に配置しても良い。

（３）第１実施形態では、エンジンの排熱を利用した暖房が不可能な場合に、暖房に必要な熱量を補うために、ヒートポンプ運転による暖房を実行していたが、エンジンの排熱を利用しつつ、さらに熱量を加えたい場合に、ヒートポンプ運転を実行しても良い。すなわち、蒸発器１４で冷媒が吸収した熱と、エンジンの排熱との両方を熱源とした暖房を行っても良い。

（４）第２実施形態では、冷却運転用送風機２２を蒸発器１４よりも外気導入口２５側に配置していたが（図４、５参照）、冷却運転用送風機２２の位置は、内気吸込用開口部４０から外気導入口２５までの間であれば任意に変更可能である。内気吸込用開口部４０から外気導入口２５までの間に冷却運転用送風機２２が位置していれば、ヒートポンプ運転時に冷却運転用送風機２２を逆回転させることで、内気吸込用開口部４０から外気導入口２５に向かって流れる空気流れを形成できるからである。

（５）第２実施形態では、ヒートポンプ運転時に冷却運転用送風機２２の送風方向を逆方向として作動させていたが、ヒートポンプ運転時に冷却運転用送風機２２を停止しても良い。この場合、エアミックスドア２３の位置を最大暖房位置とする。

このようにしても、ヒートポンプ運転用送風機４４の作動により、内気吸込用開口部４０からの空気流れを分流させ、蒸発器１４を通過して外気導入口２５から車室外に向かう空気流れと、ヒータコア１９を通過して車室内に向かう空気流れとを形成することができる。なお、ヒートポンプ運転時に冷却運転用送風機２２を停止させる場合では、冷却運転用送風機２２の位置は、空調ケース２１の内部の任意の位置に変更可能である。

（６）第２実施形態では、ヒートポンプ運転用送風機４４が内気吸込用開口部４０よりも空気流れ上流側に配置されていたが、ヒートポンプ運転用送風機４４を内気吸込用開口部４０よりも空気流れ下流側に配置しても良い。すなわち、図４、５に示す空調ユニット２０において、内気吸込用開口部４０の開閉ドア４１の位置を連通路４３の先端開口部４２の位置に変更しても良い。この場合、連通路４３の先端開口部４２が本発明の内気吸込用開口部となり、ヒートポンプ運転用送風機４４は内気吸込用開口部４２よりも空気流れ下流側に位置することとなる。

（７）上述の各実施形態では、原動機がエンジンである場合を説明したが、原動機は、例えば、燃料電池等のエンジン以外のものでも良い。

（８）上述の各実施形態では、フロン系冷媒を用いていたが、他の冷媒を用いても良く、二酸化炭素（ＣＯ_２）のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いても良い。

（９）上述の各実施形態を組み合わせ可能な範囲で任意に組み合わせても良い。

本発明の第１実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す図である。 冷却運転時の図１中の空調ユニット２０の断面図である。 ヒートポンプ運転時の図１中の空調ユニット２０の断面図である。 冷却運転時の第２実施形態の空調ユニット２０の断面図である。 ヒートポンプ運転時の第２実施形態の空調ユニット２０の断面図である。 第３実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す図である。 第４実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す図である。 第５実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す図である。 第６実施形態における車両用空調装置１の全体構成を示す図である。

符号の説明

３ エンジン
１１ 圧縮機
１２ 室外熱交換器
１４ 冷却用熱交換器
１５ 水−冷媒熱交換器
１９ ヒータコア
２１ 空調ケース
２２ 冷却運転用送風機
２３ エアミックスドア
２８ デフロスタ開口部
２９ フェイス開口部
３０ フット開口部
４０ 内気吸込用開口部
４４ ヒートポンプ運転用送風機
５０ 第１送風機
５１ 第２送風機
７１ ガスクーラ

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   冷媒と車室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（１２）と、
   冷媒と空気とを熱交換させて、空気を冷却する冷却用熱交換器（１４）と、
   冷媒と原動機（３）を冷却する冷却水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）と、
   車室内に向かって空気が流れる空気通路を内部に形成するとともに、前記冷却用熱交換器（１４）を収容する空調ケース（２１）と、
   前記空調ケース（２１）の前記冷却用熱交換器（１４）よりも車室内に向かう空気流れ下流側に収容され、前記原動機（３）の冷却水と空気との熱交換により、前記冷却用熱交換器（１４）を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器（１９）と、
   前記空調ケース（２１）の車室内に向かう空気流れ上流側に設けられ、車室内空気を導入する内気導入口（２４）および車室外空気を導入する外気導入口（２５）と、
   前記空調ケース（２１）の車室内に向かう空気流れ下流側に設けられ、車室内に空気を吹き出すための吹出開口部（２８、２９、３０）とを備え、
   車室内に向かって流れる空気を前記冷却用熱交換器（１４）で冷却する冷却運転時では、前記室外熱交換器（１２）で前記圧縮機（１１）吐出後の冷媒を放熱させ、前記冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、
   車室内暖房のために、前記原動機（３）の冷却水を前記水−冷媒熱交換器（１５）で加熱するヒートポンプ運転時では、前記冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、前記水−冷媒熱交換器（１５）で冷媒を放熱させる車両用空調装置であって、
   前記空調ケース（２１）のうち前記冷却用熱交換器（１４）と前記加熱用熱交換器（１９）との間に設けられ、車室内空気を吸い込むための内気吸込用開口部（４０）と、
   前記冷却運転時に前記内気吸込用開口部（４０）を閉じ、前記ヒートポンプ運転時に前記内気吸込用開口部（４０）を開く開閉ドア（４１）と、
   前記冷却運転時に前記内気導入口（２４）もしくは前記外気導入口（２５）から前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう空気流れを前記空調ケース（２１）の内部に形成するとともに、前記ヒートポンプ運転時に前記内気吸込用開口部（４０）から車室内の空気を吸い込み、前記内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、前記冷却用熱交換器（１４）を通過して前記外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、前記加熱用熱交換器（１９）を通過して前記吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成する送風手段（２２、４４、５０、５１）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   冷媒と車室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（１２）と、
   冷媒と空気とを熱交換させて、空気を冷却する冷却用熱交換器（１４）と、
   車室内に向かって空気が流れる空気通路を内部に形成するとともに、前記冷却用熱交換器（１４）を収容する空調ケース（２１）と、
   前記空調ケース（２１）の前記冷却用熱交換器（１４）よりも車室内に向かう空気流れ下流側に収容され、冷媒と空気との熱交換により、前記冷却用熱交換器（１４）を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器（７１）と、
   前記空調ケース（２１）の車室内に向かう空気流れ上流側に設けられ、車室内空気を導入する内気導入口（２４）および車室外空気を導入する外気導入口（２５）と、
   前記空調ケース（２１）の車室内に向かう空気流れ下流側に設けられ、車室内に空気を吹き出すための吹出開口部（２８、２９、３０）とを備え、
   車室内に向かって流れる空気を前記冷却用熱交換器（１４）で冷却する冷却運転時では、前記室外熱交換器（１２）で前記圧縮機（１１）吐出後の冷媒を放熱させ、前記冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、
   車室内暖房のために、前記加熱用熱交換器（７１）で空気を加熱するヒートポンプ運転時では、前記冷却用熱交換器（１４）で冷媒を吸熱させ、前記加熱用熱交換器（７１）で冷媒を放熱させる車両用空調装置であって、
   前記空調ケース（２１）のうち前記冷却用熱交換器（１４）と前記加熱用熱交換器（７１）との間に設けられ、車室内空気を吸い込むための内気吸込用開口部（４０）と、
   前記冷却運転時に前記内気吸込用開口部（４０）を閉じ、前記ヒートポンプ運転時に前記内気吸込用開口部（４０）を開く開閉ドア（４１）と、
   前記冷却運転時に前記内気導入口（２４）もしくは前記外気導入口（２５）から前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう空気流れを前記空調ケース（２１）の内部に形成するとともに、前記ヒートポンプ運転時に前記内気吸込用開口部（４０）から車室内の空気を吸い込み、前記内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、前記冷却用熱交換器（１４）を通過して前記外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、前記加熱用熱交換器（７１）を通過して前記吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成する送風手段（２２、４４、５０、５１）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
3. 前記送風手段として、
   前記空調ケース（２１）の内部のうち前記内気吸込用開口部（４０）よりも前記冷却用熱交換器（１４）側に配置され、前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かって送風する第１送風機（５０）と、
   前記空調ケース（２１）の内部のうち前記内気吸込用開口部（４０）よりも前記加熱用熱交換器（１９、７１）側に配置され、前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かって送風する第２送風機（５１）とを備え、
   前記第１送風機（５０）は、送風方向を前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう方向とその逆の方向との間で変更可能なものであり、
   前記冷却運転時では、前記第１送風機（５０）の送風方向を前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう方向として、前記第１送風機（５０）および前記第２送風機（５１）を作動させ、
   前記ヒートポンプ運転時では、前記第１送風機（５０）の送風方向を前記冷却運転時とは逆の方向として、前記第１送風機（５０）および前記第２送風機（５１）を作動させることにより、前記内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、前記冷却用熱交換器（１４）を通過して前記外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、前記加熱用熱交換器（１９、７１）を通過して前記吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成することを特徴とする請求項１また２に記載の車両用空調装置。
4. 前記送風手段として、
   前記空調ケース（２１）の内部のうち前記内気吸込用開口部（４０）よりも前記冷却用熱交換器（１４）側に配置され、前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう方向とその逆の方向との間で送風方向を変更可能な冷却運転用送風機（２２）と、
   前記内気吸込用開口部（４０）から前記空調ケース（２１）の内部に向かって空気を送風するヒートポンプ運転用送風機（４４）とを備え、
   前記冷却運転時では、前記ヒートポンプ運転用送風機（４４）を停止させるとともに、送風方向を前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かう方向として前記冷却運転用送風機（２２）を作動させ、
   前記ヒートポンプ運転時では、送風方向を前記冷却運転時とは逆の方向として前記冷却運転用送風機（２２）を作動させるとともに、前記ヒートポンプ運転用送風機（４４）を作動させることにより、前記内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、前記冷却用熱交換器（１４）を通過して前記外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、前記加熱用熱交換器（１９、７１）を通過して前記吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成することを特徴とする請求項１また２に記載の車両用空調装置。
5. 前記送風手段として、
   前記空調ケース（２１）の内部に配置され、前記吹出開口部（２８、２９、３０）に向かって送風する冷却運転用送風機（２２）と、
   前記内気吸込用開口部（４０）から前記空調ケース（２１）の内部に向かって空気を送風するヒートポンプ運転用送風機（４４）とを備え、
   前記冷却運転時では、前記ヒートポンプ運転用送風機（４４）を停止させるとともに、前記冷却運転用送風機（２２）を作動させ、
   前記ヒートポンプ運転時では、前記冷却運転用送風機（２２）を停止させるとともに、前記ヒートポンプ運転用送風機（４４）を作動させることにより、前記内気吸込用開口部（４０）からの空気流れを分流させて、前記冷却用熱交換器（１４）を通過して前記外気導入口（２５）から車室外に向かう空気流れと、前記加熱用熱交換器（１９、７１）を通過して前記吹出開口部（２８、２９、３０）から車室内に向かう空気流れとを形成することを特徴とする請求項１また２に記載の車両用空調装置。
   

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