JP2002019444A - ヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷房運転及び暖房運転のいずれの場合におい
ても、空調能力（冷房能力及び暖房能力）が低下するこ
とを防止する。 【解決手段】 冷房運転時における室外器３００の冷媒
流入口から冷媒流出口に至る冷媒通路の長さに比べて、
暖房運転時における冷媒通路の長さが短くなるように冷
媒を室外器３００に流通させる。これにより、暖房運転
時等の０℃以下という比較的低い温度の空気と熱交換し
なければならない室外器３００において、室外器３００
で発生する圧力損失が大きくなることを防止できるの
で、冷房運転及び暖房運転のいずれの場合においても、
空調能力（冷房能力及び暖房能力）が低下することを防
止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷房運転と暖房運
転とを切り替えることができるヒートポンプ式空調装置
に関するもので、車両用空調装置に適用して有効であ
る。なお、本明細書で言う「冷房運転」とは、室内空気
の温度を低下させる、いわゆる冷房運転は勿論、室内に
吹き出す空気を冷却することにより室内の除湿を行う除
湿運転も含む意味である。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式空調装置（以下、ヒート
ポンプと略す。）は、周知のごとく、冷媒流れを切り替
えることにより、冷房運転時においては、室内熱交換器
を蒸発器として機能させて室内吹き出す空気を冷却する
とともに、室外熱交換器を凝縮器（放熱器）として機能
させて室内熱交換器にて吸熱した熱を室外に放熱し、一
方、暖房運転時においては、室外熱交換器を蒸発器とし
て機能させて室外空気から吸熱するとともに、室内熱交
換器を凝縮器（放熱器）として機能させて室外熱交換器
にて吸熱した熱を室内に放熱するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱交換器内における冷
媒流速が上昇すると、熱伝達率は向上するものの、流速
の略２乗に比例して圧力損失が増大するので、冷媒流速
が過度に大きくなると、冷房運転時における室外熱交換
器では高圧が上昇し、サイクル効率が低下する。一方、
暖房運転時における室外熱交換器では吸入圧力が低下
し、暖房能力が低下してしまう。

【０００４】また、室外熱交換器は、冷房運転時におい
ては放熱器として機能して高圧となり、暖房運転時にお
いては蒸発器として機能して低圧となるので、室外熱交
換器内を流通する冷媒の密度（比容積）が冷房時運転時
と暖房運転時とで大きく相違する。

【０００５】このため、暖房運転に（蒸発器として）最
適化された室外熱交換器は、冷房運転時において熱交換
効率が低下し、逆に、冷房運転時に（放熱器として）最
適化された室外熱交換器は、暖房運転時において熱交換
効率が低下してしまう。

【０００６】本発明は、上記点に鑑み、冷房運転及び暖
房運転のいずれの場合においても、空調能力（冷房能力
及び暖房能力）が低下することを防止することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、室内に吹き
出す空気と熱交換する室内熱交換器（２１０、２２０）
と、冷房運転時には室外空気中に熱を放熱し、暖房運転
時には室外空気から熱を吸熱して冷媒を蒸発させる室外
熱交換器（３００）とを有する冷暖房切り換え可能なヒ
ートポンプ式空調装置であって、冷房運転時における室
外熱交換器（３００）の冷媒流入口から冷媒流出口に至
る冷媒通路（Ｌ１）の長さに比べて、暖房運転時におけ
る冷媒通路（Ｌ２）の長さが短くなるように構成されて
いることを特徴とする。

【０００８】ところで、冷媒の密度は、図９に示すよう
に、冷媒が蒸発する際の蒸発圧力（飽和圧力）及び蒸発
温度（飽和温度）が下がるほど、小さくなっていくが、
図９から明らかなように、蒸発温度（飽和温度）が０℃
以下となると、冷媒密度の低下率（図９の傾き）が、蒸
発温度（飽和温度）が０℃より高いときに比べて大きく
なる。

【０００９】このため仮に、暖房運転時においても冷媒
を冷媒通路（Ｌ１）にて流通させると、外気温度が０℃
以下になると、室外器３００での圧力損失が急激に増大
するので、室外器３００の熱交換効率（吸熱効率）急激
に低下してしまう。

【００１０】これに対して、本発明では、０℃以下とい
う比較的低い温度の空気と熱交換しなければならない室
外熱交換器（３００）において、前述のごとく、暖房運
転時における冷媒通路（Ｌ２）の長さがと冷房運転時に
おける冷媒通路（Ｌ１）の長さに比べて短くなるように
するので、冷房運転及び暖房運転のいずれの場合におい
ても、空調能力（冷房能力及び暖房能力）が低下するこ
とを防止できる。

【００１１】なお、特開平７−３２４６０号公報には、
冷房運転時と暖房運転時とで室内熱交換器内の冷媒通路
を切り換える発明が記載されているが、室内熱交換器に
て熱交換する空気の温度変化は、室外熱交換器（３０
０）にて熱交換する空気（室外空気）の温度変化に比べ
て小さい上に、室内熱交換器では０℃以下の空気から吸
熱するといったことはなく、通常は、０℃より高い温度
の空気（図９のＢの範囲）から吸熱するので、室内熱交
換器における冷房運転時と暖房運転時と冷媒密度差は、
０℃以下の空気（図９のＡの範囲）から吸熱しなければ
ならない場合がある室外熱交換器における冷房運転時と
暖房運転時と冷媒密度差に比べて小さい。

【００１２】したがって、本発明のごとく、室外熱交換
器（３００）において冷房運転時と暖房運転時とで冷媒
通路（Ｌ１、Ｌ２）を切り換えた方がより効果的に冷房
運転及び暖房運転のいずれの場合においても、空調能力
（冷房能力及び暖房能力）が低下することを防止でき
る。

【００１３】なお、本発明は、暖房運転時における室外
熱交換器（３００）の雰囲気温度が０℃以下になるもの
にその適用が限定されるという意味ではなく、雰囲気温
度が０℃以下のように、雰囲気温度が低くなるような場
合に特に有効であるという意味である。

【００１４】また、図９に示す使用温度範囲は、説明の
理解を容易にするために具体的に記載したもので、この
温度範囲に限定されるものではない。

【００１５】請求項２に記載の発明では、室内に吹き出
す空気と熱交換する室内熱交換器（２１０、２２０）
と、冷房運転時には室外空気中に熱を放熱し、暖房運転
時には室外空気から熱を吸熱して冷媒を蒸発させる室外
熱交換器（３００）とを有する冷暖房切り換え可能なヒ
ートポンプ式空調装置であって、室外熱交換器（３０
０）の冷媒流入口から冷媒流出口に至る冷媒通路（Ｌ
１）には、冷媒の流通の向きが略１８０°転向するＵタ
ーン箇所が設けられており、暖房運転時におけるＵター
ン箇所の箇所数が、冷房運転時におけるＵターン箇所の
箇所数に比べて少なくなるように構成されていることを
特徴とする。

【００１６】これにより、冷房運転時における室外熱交
換器（３００）の冷媒通路の長さに比べて、暖房運転時
における冷媒通路の長さが短くなるので、請求項１に記
載の発明と同様に、効果的に冷房運転及び暖房運転のい
ずれの場合においても、空調能力（冷房能力及び暖房能
力）が低下することを防止できる。

【００１７】請求項３に記載の発明では、室内に吹き出
す空気と熱交換する室内熱交換器（２１０、２２０）
と、冷房運転時には室外空気中に熱を放熱し、暖房運転
時には室外空気から熱を吸熱して冷媒を蒸発させる室外
熱交換器（３００）とを有する冷暖房切り換え可能なヒ
ートポンプ式空調装置であって、室外熱交換器（３０
０）内の冷媒温度が所定温度より高いときにおける室外
熱交換器（３００）の冷媒流入口から冷媒流出口に至る
冷媒通路（Ｌ１）の長さに比べて、室外熱交換器（３０
０）内の冷媒温度が所定温度以下のときにおける冷媒通
路（Ｌ２）の長さが短くなるように構成されていること
を特徴とする。

【００１８】これにより、実質的に冷房運転時における
室外熱交換器（３００）の冷媒通路の長さに比べて、暖
房運転時における冷媒通路の長さが短くなるので、請求
項１に記載の発明と同様に、効果的に冷房運転及び暖房
運転のいずれの場合においても、空調能力（冷房能力及
び暖房能力）が低下することを防止できる。

【００１９】なお、室外熱交換器（３００）は、請求項
４に記載の発明のごとく、冷媒が流通する複数本のチュ
ーブ（３１１）、及び複数本のチューブ（３１１）の長
手方向端側に配設されて複数本のチューブ（３１１）そ
れぞれに連通するヘッダタンク（３２１）を有して構成
されており、暖房運転時には、冷媒を減圧した後、その
減圧した冷媒を複数に分配してヘッダタンク（３２１）
に供給してもよい。

【００２０】また、室外熱交換器（３００）は、請求項
５に記載の発明のごとく、冷媒が流通する複数本のチュ
ーブ（３１１）、及び複数本のチューブ（３１１）の長
手方向端側に配設されて複数本のチューブ（３１１）そ
れぞれに連通するヘッダタンク（３２１）を有して構成
されており、暖房運転時には、冷媒を複数に分配した
後、その分配された冷媒を減圧してヘッダタンク（３２
１）に供給するようにしてもよい。

【００２１】また、請求項６に記載の発明のごとく、暖
房運転時に冷媒を減圧する減圧器（６０３、６０４）
が、ヘッダタンク（３２１）に一体的に設けてもよい。

【００２２】また、請求項７に記載の発明のごとく、減
圧器（６０３、６０４）を開度が固定された固定絞りに
て構成してもよい。

【００２３】因みに、上記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
一例である。

【００２４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は本
発明に係るヒートポンプ式空調装置（以下、ヒートポン
プと略す。）を電気自動車用の空調装置に適用したもの
であって、図１は本実施形態に係るヒートポンプの模式
図である。

【００２５】図１中、１００は冷媒（本実施形態では、
フロン（Ｒ１３４ａ））を吸入圧縮する圧縮機であり、
この圧縮機１００は電動モータ（図示せず。）により駆
動されている。２１０は車室内に吹き出す空気を加熱す
る加熱用室内熱交換器（第１熱交換器）であり、２２０
は加熱用室内熱交換器（以下、加熱用室内器と略す。）
２１０より空気流れ上流側に配設され、車室内に吹き出
す空気を冷却する冷却用室内熱交換器（第２室内熱交換
器）である。

【００２６】３００は車室外空気と冷媒とを熱交換する
室外熱交換器（以下、室外器と略す。）であり、４００
は冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧
縮機１００の吸入側に流出するとともに、ヒートポンプ
中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ（気液分離手段）
である。なお、室外器３００の詳細は後述する。

【００２７】５０１〜５０７は圧縮機１００や熱交換器
２１０、２２０、３００等の各機器を繋ぐ冷媒配管（冷
媒通路）であり、６０１、６０２は冷媒配管を開閉し、
冷媒の流通状態を制御する第１、２電磁弁である。６０
３〜６０５は圧縮機１００から吐出した高圧の冷媒を減
圧する減圧器であり、本実施形態では、オリフィス（固
定絞り）やキャピラリチューブ等の開度が固定された減
圧器を採用している。

【００２８】７００は加熱用室内器２１０及び冷却用室
内熱交換器（以下、冷却用室内器と略す。）２２０を収
納するとともに、車室内に吹き出す空気の通路を形成す
る空調ケーシングである。７１０は空調ケーシング７０
０の空気流れ最上流側（冷却用室内器２２０より空気流
れ上流側）に配設されて空気を送風する送風機であり、
７２０は車室内から空気を導入する内気導入口７２１、
及び車室外から空気を導入する内気導入口７２２とを切
換開閉する内外気切換ドア（内外気切換手段）である。

【００２９】また、７３０は加熱用室内器２１０を通過
する風量を調節する通過風量調節ドア（エアミックスド
ア）であり、本実施形態では、通過風量調節ドア（以
下、調節ドアと略す。）７３０の開度θを調節すること
により加熱用室内器２１０における放熱量を調節してい
る。

【００３０】次に、室外器３００について述べる。

【００３１】図２は室外器３００の正面図（一部断面）
であり、３１１は冷媒が流通する扁平状に形成されたア
ルミニウム製のチューブである。そして、チューブ３１
１間には、冷媒と空気との熱交換を促進する波状のフィ
ン３１２が配設されており、このフィン３１２とチュー
ブ３１１とにより冷媒と空気（室外空気）とを熱交換す
る熱交換コア部３１０が構成されている。

【００３２】また、複数本のチューブ３１１の長手方向
両端側には、各チューブ３１１に連通するヘッダタンク
３２１、３２２が配設されており、紙面右側のヘッダタ
ンク３２１（以下、第１ヘッダ３２１と呼ぶ。）内に
は、第１ヘッダ３２１内を複数個（本実施形態では、２
個）の空間３２１ａ、３２１ｂに仕切るセパレータ（仕
切部材）３２３が設けられている。なお、本実施形態で
は、紙面左側のヘッダタンク３２２（以下、第２ヘッダ
３２２と呼ぶ。）内の空間３２２ａは、分割されていな
い。

【００３３】そして、空間３２１ａには、冷媒配管５０
２と空間３２１ａとを連通させる開口部３２４及び冷媒
配管５０４と空間３２１ａとを連通させる開口部３２５
が設けられ、空間３２１ｂには、冷媒配管５０７と空間
３２１ｂとを連通させる開口部３２６及び冷媒配管５０
３と空間３２１ａとを連通させる開口部３２７が設けら
れ、空間３２２ａには、冷媒配管５０５と空間３２２ａ
とを連通させる開口部３２８が設けられている。

【００３４】次に、本実施形態の作動を述べる。

【００３５】１．冷房運転モード このモードでは、図３に示すように、調節ドア７３０に
より加熱用室内器２１０を通過する風量を略０として加
熱用室内器２１０における熱交換量を略０とするととも
に、第１電磁弁６０１を開き、第２電磁弁６０２を閉じ
る。

【００３６】これにより、圧縮機１から吐出した高温高
圧の冷媒は、加熱用室内器２１０にて車室内に吹き出す
空気と熱交換することなく、室外器３００に流入して外
気にて冷却されて（凝縮して）室外器３００から流出す
る。

【００３７】そして、室外器３００から流出した冷媒
は、減圧器６０５にて減圧されて低温低圧となって冷却
用室内器２２０に流入し、車室内に吹き出す空気から熱
を奪って蒸発する。

【００３８】つまり、冷媒は、圧縮機１００→加熱用室
内器２１０→室外器３００→減圧器６０５→冷却用室内
器２２０→アキュムレータ４００→圧縮機１００の順に
循環する。

【００３９】なお、冷媒配管５０２、５０３は第１ヘッ
ダ３２１と常に連通しているが、冷媒配管５０２、５０
３には減圧器６０３、６０４が設けられているので、第
１電磁弁６０１が開いた状態では、冷媒配管５０２、５
０３側に比べて冷媒配管５０４側の方が圧力損失が十分
に小さくなる。

【００４０】このため、殆ど全ての冷媒は、冷媒配管５
０４を流通して第１ヘッダ３２１の空間３２１ａに流入
し、冷媒配管５０２、５０３を逆流（室外器３００から
圧縮機１００側に向けて流通する）ことはない。

【００４１】因みに、車室内に吹き出す空気の温度制御
は、圧縮機１００の回転数及び送風機７１０の送風量を
制御することにより行う。

【００４２】また、冷房運転モードでは、第１電磁弁６
０１を開き、かつ、第２電磁弁６０２を開くので、冷媒
は、図４に示すように、開口部３２５から室外器３００
（第１ヘッダ３２１の空間３２１ａ）に流入し、空間３
２１ａと連通するチューブ３１１を流通して第２ヘッダ
３２２（空間３２２ａ）に流入する。

【００４３】そして、第２ヘッダ３２２（空間３２２
ａ）に流入した冷媒は、第２ヘッダ３２２（空間３２２
ａ）にてその流通の向きを略１８０°転向（Ｕターン）
して空間３２１ｂと連通するチューブ３１１を流通して
空間３２１ｂ内に流入し、開口部３２６から室外器３０
０から流出する。

【００４４】２．第１除湿運転（除湿冷房）モード このモードでは、図５に示すように、調節ドア７３０を
開くとともに、第１電磁弁６０１を開き、第２電磁弁６
０２を閉じる。

【００４５】これにより、冷媒は、冷房運転モードと同
様に、圧縮機１００→加熱用室内器２１０→室外器３０
０→減圧器６０５→冷却用室内器２２０→アキュムレー
タ４００→圧縮機１００の順に循環する。

【００４６】したがって、冷却用室内器２２０にて冷却
除湿された空気は、加熱用室内器２１０にて所定温度ま
で加熱されて車室内に吹き出される。なお、このとき、
調節ドア７３０の開度θを調節して車室内に吹き出す空
気の温度を調節してもよい。

【００４７】なお、室外器３００内における冷媒流れも
冷房運転モード同様に、第１ヘッダ３２１の空間３２１
ａから室外器３００に流入し、第２ヘッダ３２２（空間
３２２ａ）にてその流通の向きを略１８０°転向（Ｕタ
ーン）して第１ヘッダ３２１の空間３２１ｂから室外器
３００外に流出する。

【００４８】３．第２除湿運転（除湿暖房）モード このモードでは、図６に示すように、調節ドア７３０を
開くとともに、第１、２電磁弁６０１を閉じる。

【００４９】このとき、室外器３００において、第１ヘ
ッダ３２１の空間３２１ａ→チューブ３１１→第２ヘッ
ダ３２２→第１ヘッダ３２１の空間３２１ｂに至る冷媒
通路（図５の破線で示す室外器３００内の冷媒流れ）に
おける圧力損失に比べて、第１ヘッダ３２１の開口部３
２６→空間３２１ｂ→第１ヘッダ３２１の開口部３２７
に至る冷媒通路における圧力損失が十分に小さいので、
室外器３００に流入する冷媒の殆どは、第１ヘッダ３２
１の開口部３２６から流入して第１ヘッダ３２１の開口
部３２７から室外器３００外に流出する。

【００５０】したがって、このモードでは、室外器３０
０は熱交換器として機能せず、単なる冷媒通路として機
能するので、このモードにおいて、冷媒は、圧縮機１０
０→加熱用室内器２１０→（第１ヘッダ３２１の空間３
２１ａ）→減圧器６０５→冷却用室内器２２０→アキュ
ムレータ４００→圧縮機１００の順に循環する。

【００５１】また、車室内に吹き出す空気は、冷却用室
内器２２０にて冷却除湿された後、加熱用室内器２１０
にて所定温度まで加熱されて車室内に吹き出される。な
お、第１除湿運転モードと同様に、調節ドア７３０の開
度θを調節して車室内に吹き出す空気の温度を調節して
もよい。

【００５２】４．暖房運転モード このモードでは、図７に示すように、調節ドア７３０を
開くとともに、第１電磁弁６０１を閉じ、第２電磁弁６
０２を開く。

【００５３】これにより、圧縮機１から吐出した高温高
圧の冷媒は、加熱用室内器２１０に流入して車室内に吹
き出す空気を加熱するとともに、自らは冷却されて（凝
縮して）冷媒配管５０１を経由して室外器３００側に向
けて流通する。そして、冷媒配管５０２側に分流した冷
媒は減圧器６０３にて減圧されて第１ヘッダ３２１の空
間３２１ａに流入し、一方、冷媒配管５０３側に分流し
た冷媒は減圧器６０４にて減圧されて第１ヘッダ３２１
の空間３２１ｂに流入する。

【００５４】そして、第１ヘッダ３２１の空間３２１ａ
に流入した冷媒は、図８に示すように、空間３２１ａと
連通するチューブ３１１を流通しながら外気から熱を奪
って蒸発して第２ヘッダ３２２（空間３２２ａ）に流入
し、第１ヘッダ３２１の空間３２１ｂに流入した冷媒
は、空間３２１ｂと連通するチューブ３１１を流通しな
がら外気から熱を奪って蒸発して第２ヘッダ３２２（空
間３２２ａ）に流入する。

【００５５】このため、暖房運転モードにおいては、室
外器３００（第１ヘッダ３２１）に流入した冷媒は、そ
の流通の向きを大きく転向させることなく、室外器３０
０（第２ヘッダ３２２）から流出し、室外器３００から
流出した冷媒は、図７に示すように、アキュムレータ４
００を経由して圧縮機１００に吸入される。

【００５６】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００５７】室外器３００は、冷房運転時（第１除湿運
転時を含む。）においては放熱器（凝縮器）として機能
とし、一方、暖房時においては蒸発器として機能するの
で、暖房運転時における室外器３００内を流通する冷媒
の平均密度は、冷房運転時における室外器３００内を流
通する冷媒の平均密度に比べて小さくなり、室外器３０
０内を流通する冷媒の平均流速が冷房運転時より大きく
なる。このため、室外器３００で発生する圧力損失は、
冷房運転時より暖房運転時の方が大きくなる傾向があ
る。

【００５８】これに対して、本実施形態では、冷房運転
時（第１除湿運転時を含む。）において冷媒は、第２ヘ
ッダ３２２（Ｕターン箇所）にてその流通の向きを略１
８０°転向（Ｕターン）するようにして室外器３００内
を流通し、暖房運転時において冷媒は、その流通の向き
をＵターンさせることなく、第１ヘッダ３２１側から第
２ヘッダ３２２側に流通するので、冷房運転時（第１除
湿運転時を含む。）における室外器３００の冷媒流入口
３２５から冷媒流出口３２６に至る冷媒通路Ｌ１（図４
参照）の長さに比べて、暖房運転時における冷媒通路Ｌ
２（図８参照）の長さが短くなる。

【００５９】したがって、本実施形態では、暖房運転時
において室外器３００で発生する圧力損失が大きくなる
ことを防止できる（冷房運転時に発生する圧力損失程度
に抑制することができる）。

【００６０】また、冷媒の密度は、図９に示すように、
冷媒が蒸発する際の蒸発圧力（飽和圧力）及び蒸発温度
（飽和温度）が下がるほど、小さくなっていくが、図９
から明らかなように、蒸発温度（飽和温度）が０℃以下
となると、冷媒密度の低下率（図９の傾き）が、蒸発温
度（飽和温度）が０℃より高いときに比べて大きくな
る。このため仮に、暖房運転時においても冷媒を冷媒通
路Ｌ１にて流通させると、外気温度が０℃以下になる
と、室外器３００での圧力損失が急激に増大するので、
室外器３００の熱交換効率（吸熱効率）急激に低下して
しまう。

【００６１】これに対して、本実施形態では、０℃以下
という比較的低い温度の空気と熱交換しなければならな
い室外器３００において、前述のごとく、暖房運転時に
おける冷媒通路Ｌ２の長さがと冷房運転時（第１除湿運
転を含む。）における冷媒通路Ｌ１の長さに比べて短く
なるように室外器３００内の冷媒通路を切り換えるの
で、冷房運転（第１除湿運転を含む。）及び暖房運転の
いずれの場合においても、空調能力（冷房能力及び暖房
能力）が低下することを防止できる。

【００６２】なお、特開平７−３２４６０号公報には、
冷房運転時と暖房運転時とで室内熱交換器内の冷媒通路
を切り換える発明が記載されているが、室内熱交換器に
て熱交換する空気の温度変化は、室外器３００にて熱交
換する空気（室外空気）の温度変化に比べて小さい上
に、室内熱交換器では０℃以下の空気から吸熱するとい
ったことはなく、通常は、０℃より高い温度の空気（図
９のＢの範囲）から吸熱するので、室内熱交換器におけ
る冷房運転時と暖房運転時と冷媒密度差は、０℃以下の
空気（図９のＡの範囲）から吸熱しなければならない場
合がある室外器３００における冷房運転時と暖房運転時
と冷媒密度差に比べて小さい。

【００６３】したがって、本実施形態のごとく、室外器
３００において冷房運転時と暖房運転時とで冷媒通路Ｌ
１、Ｌ２を切り換えた方がより効果的に冷房運転及び暖
房運転のいずれの場合においても、空調能力（冷房能力
及び暖房能力）が低下することを防止できる。

【００６４】また、室外器３００が蒸発器として機能す
る暖房運転時には、室外器３００（第１ヘッダ３２１）
に対して複数箇所（本実施形態では、２箇所）から冷媒
が流入するするので、１箇所から室外器３００（第１ヘ
ッダ３２１）に冷媒が流入する場合に比べて、各チュー
ブ３１１に均等に冷媒を分配することができる。したが
って、流速分布が偏ることを防止できるので、室外器３
００全体としての熱交換効率を向上させることができ
る。

【００６５】（第２実施形態）本実施形態は、図１０に
示すように、室外器３００に流入する冷媒温度が所定温
度Ｔｏ（本実施形態では、５０℃）以上のときには、第
１ヘッダ３２１の空間３２１ｂに設けられた開口部３２
７を開き、所定温度Ｔｏ未満のときには開口部３２７を
閉じる開閉弁６０６を設け、かつ、減圧器６０５を迂回
して冷媒を流通させるバイパス通路５０８を設けるとと
ともに、バイパス通路５０８を開閉する第３電磁弁６０
７を設け、第３除湿運転モードを可能としたものであ
る。

【００６６】そして、第３除湿運転モードを実行すると
きには、第２調節ドア７３０を開くとともに、第１、２
電磁弁６０１を閉じ、かつ、第３電磁弁６０７を開く。

【００６７】これにより、室外器３００に流入する冷媒
温度が所定温度Ｔｏ以上のときには、冷媒は図１１に示
すように、圧縮機１００→加熱用室内器２１０→減圧器
６０４→（第１ヘッダ３２１の空間３２１ａ）→バイパ
ス通路５０８→冷却用室内器２２０→アキュムレータ４
００→圧縮機１００の順に循環するので、冷却用室内器
２２０にて冷却除湿された空気が加熱用室内器２１０に
て加熱されて車室内に吹き出される。

【００６８】また、室外器３００に流入する冷媒温度が
所定温度Ｔｏ未満のときには、開閉弁６０６が閉じるの
で、冷媒は図１２に示すように、圧縮機１００→加熱用
室内器２１０→減圧器６０３→室外器３００→バイパス
通路５０８→冷却用室内器２２０→アキュムレータ４０
０→圧縮機１００の順に循環する。

【００６９】なお、室外器３００に流入する冷媒は、第
１除湿運転モード同様に、第１ヘッダ３２１の空間３２
１ａから室外器３００に流入し、第２ヘッダ３２２（空
間３２２ａ）にてその流通の向きを略１８０°転向（Ｕ
ターン）して第１ヘッダ３２１の空間３２１ｂから室外
器３００外に流出する。

【００７０】このとき、室外器３００に流入する冷媒
は、減圧器６０３にて減圧されているので、室外器３０
０に流入した冷媒は外気から熱を奪って蒸発する。この
ため、冷却用室内器２２０は、主に顕熱にて車室内に吹
き出す空気を冷却除湿する。そして、冷却用室内にて冷
却除湿された空気は加熱用室内器２１０にて加熱されて
車室内に吹き出される。

【００７１】したがって、本実施形態では、除湿運転時
における車室内に吹き出す空気の温度を、よりきめ細か
く制御することができる。

【００７２】なお、本実施形態では、開閉弁６０６は、
図１３に示すように、線膨張率が相違する２種の材料を
貼り合わせたバイメタル式のものである。

【００７３】（第３実施形態）本実施形態は、冷房運転
時（第１除湿運転時を含む。）において、冷媒の流通の
向きを２度、略１８０°転向（Ｕターン）させることに
より、冷房運転時（第１除湿運転時を含む。）における
室外器３００の冷媒流入口３２５から冷媒流出口３２６
に至る冷媒通路Ｌ１の長さに比べて、暖房運転時におけ
る冷媒通路Ｌ２の長さを短くするようにしたものであ
る。

【００７４】具体的には、図１４に示すように、第２ヘ
ッダ３２２に内部を２個の空間３２２ａ、３２２ｂに仕
切るセパレータ３２９を設けるとともに、冷媒配管５０
７と室外器３００とを連通させる開口部３２６を空間３
２２ｂに移設し、かつ、冷媒配管５０５と第２ヘッダ３
２２とを連通させる開口部３３０、３３１を空間３２２
ａ、３２２ｂそれぞれに設ける。

【００７５】なお、図１５は冷房運転モード時における
冷媒流れを示すヒートポンプの模式図であり、冷房運転
モードでは、調節ドア７３０により加熱用室内器２１０
を通過する風量を略０として加熱用室内器２１０におけ
る熱交換量を略０とするとともに、第１電磁弁６０１を
開き、第２電磁弁６０２を閉じる。

【００７６】これにより、圧縮機１から吐出した高温高
圧の冷媒は、加熱用室内器２１０にて車室内に吹き出す
空気と熱交換することなく、室外器３００に流入して外
気にて冷却（凝縮）して室外器３００から流出する。

【００７７】そして、室外器３００から流出した冷媒
は、減圧器６０５にて減圧されて低温低圧となって冷却
用室内器２２０に流入し、車室内に吹き出す空気から熱
を奪って蒸発する。

【００７８】室外器３００において冷媒は、図１６に示
すように、開口部３２５から室外器３００（第１ヘッダ
３２１の空間３２１ａ）に流入し、空間３２１ａと連通
するチューブ３１１を流通して第２ヘッダ３２２（空間
３２２ａ）に流入する。

【００７９】そして、第２ヘッダ３２２（空間３２２
ａ）に流入した冷媒は、第２ヘッダ３２２（空間３２２
ａ）にてその流通の向きを略１８０°転向（Ｕターン）
して空間３２１ｂと連通するチューブ３１１を流通して
空間３２１ｂ内に流入する。

【００８０】そしてさらに、第１ヘッダ３２１（空間３
２１ｂ）に流入した冷媒は、第１ヘッダ３２１（空間３
２１ｂ）にてその流通の向きを略１８０°転向（Ｕター
ン）して空間３２２ｂと連通するチューブ３１１を流通
して空間３２２ｂ内に流入し、開口部３２６から室外器
３００から流出する。

【００８１】また、図１７は暖房運転モード時における
冷媒流れを示すヒートポンプの模式図であり、暖房運転
モードでは、調節ドア７３０を開くとともに、第１電磁
弁６０１を閉じ、第２電磁弁６０２を開く。

【００８２】これにより、圧縮機１から吐出した高温高
圧の冷媒は、加熱用室内器２１０に流入して車室内に吹
き出す空気を加熱するとともに、自らは冷却されて（凝
縮して）冷媒配管５０１を経由して室外器３００側に向
けて流通する。

【００８３】そして、冷媒配管５０２側に分流した冷媒
は減圧器６０３にて減圧されて第１ヘッダ３２１の空間
３２１ａに流入し、一方、冷媒配管５０３側に分流した
冷媒は減圧器６０４にて減圧されて第１ヘッダ３２１の
空間３２１ｂに流入する。

【００８４】そして、第１ヘッダ３２１の空間３２１ａ
に流入した冷媒は、図１８に示すように、その流通の向
きを１度も略１８０°転向（Ｕターン）することなく、
外気から熱を奪って蒸発して室外器３００（第２ヘッダ
３２２）から流出する。

【００８５】（第４実施形態）第１〜３実施形態では、
暖房運転時において、２箇所から室外器３００（第１ヘ
ッダ３２１）に冷媒を流入させて各チューブ３１１に均
等に冷媒を分配させたが、本実施形態は、暖房運転時に
おいて、３箇所以上（本実施形態では、４箇所）の開口
部から室外器３００（第１ヘッダ３２１）に冷媒を流入
させるようにしたものである。

【００８６】具体的には、図１９、２０に示すように、
第１〜３実施形態における減圧器６０３、６０４を統合
して１個の減圧器６０３とするとともに、暖房運転時に
いては、図１９に示すように、減圧器６０３で減圧され
た冷媒を分配器（ディストロビュータ）５０９にて４系
統に分配（分流）して室外器３００に供給するものであ
る。因みに、本実施形態では、減圧器６０３、６０５は
開度を調節することができる電気式の減圧弁を採用して
いる。

【００８７】なお、図２０は冷房運転時における冷媒流
れを示す模式図であり、第１実施形態と同様に、室外器
３００において、冷媒の流通の向きを１度、略１８０°
転向（Ｕターン）させるようにして冷媒を流通させる。

【００８８】（第５実施形態）第１〜４実施形態におい
ては、室外器３００に接続された冷媒配管５０１〜５０
５を開閉することにより、冷房運転時と暖房運転時とで
室外器３００内を流通する冷媒のＵターン箇所の箇所数
（以下、ターン数と呼ぶ。）を切り替えたが、本実施形
態は、室外器３００自身にターン数を切り替える機構を
設けたものである。

【００８９】具体的には、図２１、２２に示すように、
第１ヘッダ３２１をセパレータ３２３にて２個の空間３
２１ａ、３２１ｂに仕切るとともに、空間３２１ａ、３
２１ｂを連通させるバイパス通路３２３ａを設け、か
つ、バイパス通路３２３ａを開閉する開閉弁３２３ｂを
設け、同様に、第２ヘッダ３２２にも、空間３２２ａ、
３２２ｂを連通させるバイパス通路３２９ａを設け、か
つ、バイパス通路３２９ａを開閉する開閉弁３２９ｂを
設けたものである。なお、本実施形態では、開閉弁３２
３ｂ、２３９ｂは電磁弁を採用している。

【００９０】そして、冷房運転時には、開閉弁３２３
ｂ、２３９ｂを閉じることにより、図２１に示すよう
に、室外器３００においてターン数が２となるように冷
媒を流通させ、暖房運転時には、開閉弁３２３ｂ、２３
９ｂを開くことにより、図２２に示すように、室外器３
００においてターン数が０となるように冷媒を流通させ
る。因みに、図２３は冷房運転時における冷媒流れを示
す模式図であり、図２４は暖房運転時における冷媒流れ
を示す模式図である。

【００９１】これにより、冷房運転時における室外器３
００の冷媒通路長さに比べて、暖房運転時における室外
器３００の冷媒通路長さが短くなるので、冷房運転及び
暖房運転のいずれの場合においても、空調能力（冷房能
力及び暖房能力）が低下することを防止できる。

【００９２】（第６実施形態）第５実施形態では、セパ
レータ３２３、３２９を迂回するバイパス通路３２３
ａ、３２９ａを設け、かつ、バイパス通路３２３ａ、３
２９ａを開閉する開閉弁３２３ｂ、３２９ｂを設けた
が、本実施形態は、図２５、２６に示すように、セパレ
ータ３２３、３２９にセパレータ３２３、３２９にて仕
切られた空間３２１ａ、３２１ｂ及び３２２ａ、３２２
ｂ間を連通させる連通穴３２３ｃ、３２９ｃを設けると
ともに、冷媒温度が所定温度Ｔｏ（本実施形態では、１
０℃）以上となったとき連通穴３２３ｃ、３２９ｃを閉
じ、冷媒温度が所定温度Ｔｏ未満のときには連通穴３２
３ｃ、３２９ｃを開くバイメタル式の開閉弁３２３ｄ、
３２９ｄを設けたものである。

【００９３】なお、図２５は冷房運転時における室外器
３００内の冷媒流れを示すもので、図２６は冷房運転時
における室外器３００内の冷媒流れを示すものである。

【００９４】（第７実施形態）第５実施形態では、バイ
パス通路３２３ａ、３２９ａを開閉する開閉弁３２３
ｂ、３２９ｂとして電磁弁を採用したが、本実施形態
は、に示すように、機械式の開閉弁３２３ｂ、３２９ｂ
を採用したものである。

【００９５】以下、図２７、２８に基づいて開閉弁３２
３ｂを例に本実施形態に係る開閉弁３２３ｂ、３２９ｂ
の構造を説明する。

【００９６】３０は薄膜状のダイヤフラムであり、３１
はダイヤフラム３０と共に密閉された空間（第１ダイヤ
フラム室）３２を形成する第１ダイヤフラムケーシング
であり、３３はダイヤフラム３０を挟んで第１ダイヤフ
ラム室３２と反対側に位置してバイパス通路３２３ａ、
３２９ａに連通する空間（第２ダイヤフラム室）３４を
形成する第２ダイヤフラムケーシングである。

【００９７】そして、第１ダイヤフラム室３２内には、
所定密度にて飽和ガス冷媒が封入されており、ダイヤフ
ラム３０は第１ダイヤフラム室３２内の冷媒圧力と第２
ダイヤフラム室３４内の（室外器３００に流入する）冷
媒圧力との差圧に応じて変位する。

【００９８】また、３５は空間３２１ａ側と空間３２１
ｂ側と、及び空間３２２ａ側と空間３２２ｂ側とを連通
させる弁口３６を開閉する弁体であり、３６はダイヤフ
ラム３０の変位を弁体３５に伝達する伝達ロッドであ
り、３７は弁口３６を閉じる向きの力（以下、この力を
閉弁力と呼ぶ。）を弁体３６にさせるコイルバネ（弾性
手段）である。

【００９９】次に、開閉弁３２３ｂの作動を述べる。

【０１００】第１ダイヤフラム室３２内の温度は外気温
度と略同一であるので、第１ダイヤフラム室３２内の圧
力は、外気温度相当の飽和圧力となる。一方、暖房運転
時においては、第２ダイヤフラム室３４内の冷媒温（冷
媒圧力）は、第１ダイヤフラム室３２内の冷媒温（冷媒
圧力）より低くなる。

【０１０１】このとき、第１、２ダイヤフラム室３２、
３４の圧力差Δｐによる力は弁口３６を開く向きの力
（以下、この力を開弁力と呼ぶ。）を弁体３５に作用さ
せるので、Δｐが大きくなり、開弁力が閉弁力を上回る
と、弁口３６が開く。

【０１０２】一方、冷房運転（除湿運転も含む。）時に
は、第２ダイヤフラム室３４内の冷媒温（冷媒圧力）
は、第１ダイヤフラム室３２内の冷媒温（冷媒圧力）よ
り高くなるので、Δｐが小さくなり、開弁力が閉弁力を
下回って弁口３６が閉じる。

【０１０３】なお、以上の作動説明から明らかなよう
に、閉弁力（コイルバネ３７の設定荷重）は、室外器３
００内の冷媒通路を切り替える冷媒温度（冷媒圧力）に
対応する大きさとする必要がある。

【０１０４】（第８実施形態）第１〜３実施形態では、
暖房運転時に２本の冷媒配管５０２、５０３にて第１ヘ
ッダ３２１の長手方向両端側から冷媒を室外器３００に
供給していたため、冷媒配管５０２、５０３それぞれに
減圧器６０３、６０４を設けていたが、本実施形態で
は、図２９、３０に示すように、第１ヘッダ３２１に減
圧器６０３、６０４を一体的に設けたものである。因み
に、図２９は減圧器６０３、６０４として、開度が固定
されたオリフィス（小穴）とした例であり、図３０は減
圧器６０３、６０４として所定の圧力損失を発生させる
キャピラリーチューブを採用した例である。

【０１０５】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、本発明に係る空調装置を車両用に適用したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、家庭用又はビル用
等の据え置き型の空調装置にも適用することができる。

【０１０６】また、上述の実施形態では、室内用熱交換
器は、加熱用室内器２１０と冷却用室内器２２０とを有
していたが、室内用熱交換器も室外器３００と同様に、
１つの熱交換器にて加熱及び冷却を行ってもよい。な
お、この場合、冷却用として使用する場合は、加熱用と
して使用する場合に比べて冷媒通路が短くなるように冷
媒通路を切り替えることが望ましい。

【０１０７】また、第２実施形態及び第６実施形態で
は、バイメタル式の開閉弁を用いたが、所定温度以上と
なる形状が大きく変化する形状記憶合金にて開閉弁を構
成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置の模式図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置に適用される室外器の模式図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置における冷房運転時の冷媒流れを示す模式図であ
る。

【図４】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置に適用される室外器における冷媒流れを示す模式
図である。

【図５】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置における第１除湿運転時の冷媒流れを示す模式図
である。

【図６】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置における第２除湿運転時の冷媒流れを示す模式図
である。

【図７】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置における暖房運転時の冷媒流れを示す模式図であ
る。

【図８】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置に適用される室外器における冷媒流れを示す模式
図である。

【図９】冷媒密度と飽和圧力（飽和温度）との関係を示
すグラフである。

【図１０】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置の模式図である。

【図１１】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における第３除湿運転時の冷媒流れを示す模式
図である。

【図１２】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における第３除湿運転時の冷媒流れを示す模式
図である。

【図１３】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における開閉弁の作動を示す模式図である。

【図１４】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器の模式図である。

【図１５】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における冷房運転時の冷媒流れを示す模式図で
ある。

【図１６】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における冷媒流れを示す模
式図である。

【図１７】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における暖房運転時の冷媒流れを示す模式図で
ある。

【図１８】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における冷媒流れを示す模
式図である。

【図１９】本発明の第４実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における暖房運転時の冷媒流れを示す模式図で
ある。

【図２０】本発明の第４実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における冷房運転時の冷媒流れを示す模式図で
ある。

【図２１】本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における冷房運転時の冷媒
流れを示す模式図である。

【図２２】本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における暖房運転時の冷媒
流れを示す模式図である。

【図２３】本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における冷房運転時の冷媒流れを示す模式図で
ある。

【図２４】本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置における暖房運転時の冷媒流れを示す模式図で
ある。

【図２５】本発明の第６実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における冷房運転時の冷媒
流れを示す模式図である。

【図２６】本発明の第６実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における暖房運転時の冷媒
流れを示す模式図である。

【図２７】本発明の第７実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における暖房運転時の開閉
弁の作動を示す模式図である。

【図２８】本発明の第７実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における冷房運転時の開閉
弁の作動を示す模式図である。

【図２９】本発明の第８実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における減圧器の拡大図で
ある。

【図３０】本発明の第８実施形態に係るヒートポンプ式
空調装置に適用される室外器における減圧器の拡大図で
ある。

【符号の説明】

１００…圧縮機、２１０…加熱用室内器、２２０…冷却
用室内器、３００…室外器、６０３、６０４、６０５…
減圧器、６０１、６０２…電磁弁。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内に吹き出す空気と熱交換する室内熱
   交換器（２１０、２２０）と、 冷房運転時には室外空気中に熱を放熱し、暖房運転時に
   は室外空気から熱を吸熱して冷媒を蒸発させる室外熱交
   換器（３００）とを有する冷暖房切り換え可能なヒート
   ポンプ式空調装置であって、 冷房運転時における前記室外熱交換器（３００）の冷媒
   流入口から冷媒流出口に至る冷媒通路（Ｌ１）の長さに
   比べて、暖房運転時における前記冷媒通路（Ｌ２）の長
   さが短くなるように構成されていることを特徴とするヒ
   ートポンプ式空調装置。
2. 【請求項２】 室内に吹き出す空気と熱交換する室内熱
   交換器（２１０、２２０）と、 冷房運転時には室外空気中に熱を放熱し、暖房運転時に
   は室外空気から熱を吸熱して冷媒を蒸発させる室外熱交
   換器（３００）とを有する冷暖房切り換え可能なヒート
   ポンプ式空調装置であって、 前記室外熱交換器（３００）の冷媒流入口から冷媒流出
   口に至る冷媒通路（Ｌ１）には、冷媒の流通の向きが略
   １８０°転向するＵターン箇所が設けられており、 暖房運転時における前記Ｕターン箇所の箇所数が、冷房
   運転時における前記Ｕターン箇所の箇所数に比べて少な
   くなるように構成されていることを特徴とするヒートポ
   ンプ式空調装置。
3. 【請求項３】 室内に吹き出す空気と熱交換する室内熱
   交換器（２１０、２２０）と、 冷房運転時には室外空気中に熱を放熱し、暖房運転時に
   は室外空気から熱を吸熱して冷媒を蒸発させる室外熱交
   換器（３００）とを有する冷暖房切り換え可能なヒート
   ポンプ式空調装置であって、 前記室外熱交換器（３００）内の冷媒温度が所定温度よ
   り高いときにおける前記室外熱交換器（３００）の冷媒
   流入口から冷媒流出口に至る冷媒通路（Ｌ１）の長さに
   比べて、前記室外熱交換器（３００）内の冷媒温度が所
   定温度以下のときにおける前記冷媒通路（Ｌ２）の長さ
   が短くなるように構成されていることを特徴とするヒー
   トポンプ式空調装置。
4. 【請求項４】 前記室外熱交換器（３００）は、冷媒が
   流通する複数本のチューブ（３１１）、及び前記複数本
   のチューブ（３１１）の長手方向端側に配設されて前記
   複数本のチューブ（３１１）それぞれに連通するヘッダ
   タンク（３２１）を有して構成されており、 暖房運転時には、冷媒を減圧した後、その減圧した冷媒
   を複数に分配して前記ヘッダタンク（３２１）に供給す
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポン
   プ式空調装置。
5. 【請求項５】 前記室外熱交換器（３００）は、冷媒が
   流通する複数本のチューブ（３１１）、及び前記複数本
   のチューブ（３１１）の長手方向端側に配設されて前記
   複数本のチューブ（３１１）それぞれに連通するヘッダ
   タンク（３２１）を有して構成されており、 暖房運転時には、冷媒を複数に分配した後、その分配さ
   れた冷媒を減圧して前記ヘッダタンク（３２１）に供給
   することを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポ
   ンプ式空調装置。
6. 【請求項６】 暖房運転時に冷媒を減圧する減圧器（６
   ０３、６０４）が、前記ヘッダタンク（３２１）に一体
   的に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の
   ヒートポンプ式空調装置。
7. 【請求項７】 前記減圧器（６０３、６０４）は、開度
   が固定された固定絞りであることを特徴とする請求項６
   に記載のヒートポンプ式空調装置。