JP2010159006A

JP2010159006A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2010159006A
Application number: JP2009003300A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakadokoro; 和生中所
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】簡単な構成で、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期にエンジン冷却水を用いて車室内の暖房を行う際に、エンジン冷却水の温度を急速に上昇させることができる車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】水用熱交換手段は、ウォータジャケットからヒータコア８ａに流れるエンジン冷却水を流す第１の水用熱交換器２６と、ヒータコア８ａからウォータジャケットに流れるエンジン冷却水を流す第２の水用熱交換器２７を備えると共に、第２の外部熱交換器１８は第１，第２の水用熱交換器間２６，２７に介装され、第２の水用熱交換器２７は第２，第３の外部熱交換器１８，２０間に介装されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジン冷却水を利用して車室内を暖房可能に設けた車両用空調装置に関するものである。

一般に、車両用空調装置は、エンジン冷却水を利用した暖房装置および冷媒による冷凍サイクルを利用した冷房装置を設けた車両用空調装置を備えているのが普通である。

この暖房装置では、車室内の暖房時に、エンジン冷却水をエンジンのウォータジャケットと車室内空調用のヒータコア（車室内熱交換器）との間で循環させると共に、車室内の空気をヒータコアを通過させ車室内に吹出口から吹き出させるようにして、この空気をヒータコア内を流れるエンジン冷却水で暖めることにより、車室内を暖房可能に設けたものが知られている。

このような車両用空調装置により冬期に車室内の暖房を行う場合、エンジン冷却水の水温が充分に上昇するまでは車室内に吹き出される空気の温度が低いと、乗員には快適ではなかった。

これの解消方法としては、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期に冷房装置を作動させると共に、この冷房装置の圧縮機で圧縮される圧縮冷媒の熱を利用してエンジン冷却水を加熱して、加熱されたエンジン冷却水をヒータコアに供給することにより、ヒータコアで車室内の空気を暖める冷却水式の暖房方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の解消方法としては、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期に冷房装置を作動させると共に、この冷房装置の圧縮機で圧縮される圧縮冷媒の熱で車室内の空気を直接加熱するようにしたヒートポンプ式の暖房方法も考えられる。なお、以下の説明では、冷房装置によるヒートポンプ式の暖房方法を冷房装置のヒートポンプ運転として用いる。

このヒートポンプ運転する方法では、圧縮機で圧縮された圧縮冷媒の熱で車室内の空気を加熱する際、圧縮冷媒から熱が奪われて圧縮冷媒が凝縮して高圧凝縮冷媒になる。このため、再び冷媒を圧縮機で圧縮させるには、凝縮冷媒を膨張手段又は減圧手段で膨張させて低圧凝縮冷媒にした後、熱交換器で低圧凝縮冷媒に吸熱させることにより、低圧凝縮冷媒をガス化させて冷媒ガスにする必要がある。

この熱交換器で低圧凝縮冷媒に吸熱させる際には、熱交換器の周囲の空気の温度の熱が奪われて、熱交換器の周囲の空気の温度が低下する。従って、低圧凝縮冷媒を熱交換器で冷媒ガスにする際に車室内の暖房に影響を与えないようにするために、熱交換器には車室外に配設された外部熱交換器を用いる必要がある。このため、冷房装置をヒートポンプ運転する方法では、外気温度が低くなるほど、圧縮冷媒の熱による車室内の空気の加熱量を増加させる必要がある。

特開平８−３１０２２７号公報

しかしながら、冷却水式の暖房方法では、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期の車室内暖房を快適に行うために、複数の熱交換器や多数の逆止弁，多数の電磁弁等を車両用空調装置（空調システム）に用いる必要があり、車両用空調装置の部品点数が増加や重量の増大を招き易い構造となり、製品コストの上昇が否めないものであった。しかも、この部品点数が増加は、車両用空調装置の構造を複雑に且つ大型化させると共に、車両用空調装置に用いられる冷媒の使用量を増加するので、好ましいものではない。その上、車両用空調装置の構造が大型化するので、熱交換器を設置することが困難な場合もある。

また、冷房装置のヒートポンプ運転では、外部熱交換器を用いて外気から圧縮冷媒に吸熱させるために、外気温度が低くなるに従って、冷媒への吸熱量が減少するものであった。このため、冷房装置をヒートポンプ運転する方法では、外気温度が低くなるに従って、暖房能力が低下する傾向があった。

しかもこの冷房装置をヒートポンプ運転する方法では、外部熱交換器により低圧凝縮冷媒が外気から吸熱するため、外気温度（換言すれば低圧凝縮冷媒の蒸発温度）によっては空気中に含まれる水分が外部熱交換器に結露・着霜し、外部熱交換器の熱交換機能が阻害されることは避けられないものであり、対策が必要となる。

そこで、この発明は、簡単な構成で、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期にエンジン冷却水を用いて車室内の暖房を行う際に、エンジン冷却水の温度を急速に上昇させることができる車両用空調装置を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この発明は、冷媒を、エンジン駆動される圧縮機，車室外の冷媒凝縮用の第１の外部熱交換器，第１の膨張手段又は減圧手段，車室内の空気冷却及び液体冷媒蒸発用の内部熱交換器の順に循環させる冷房用冷媒循環回路と、エンジン冷却水をエンジンのウォータジャケットと車室内のヒータコアとの間で循環させる暖房用冷却水循環回路と、前記第１の外部熱交換器及び前記内部熱交換器と並列に前記圧縮機に接続されたバイパス流路と、前記圧縮機の冷媒吐出口を前記第１の外部熱交換器と前記バイパス流路とのいずれかに切り換え連通させる電磁切換弁と、前記ウォータジャケットと前記ヒータコアとの間に流路途中に介装された水用熱交換手段及び前記バイパス流路の途中に設けられて前記水用熱交換手段との間で熱の授受を行う冷媒用熱交換手段を有する水加熱用熱交換手段と、前記エンジン冷却水の温度を検出して温度信号を出力する水温検出センサと、前記エンジン駆動時の前記エンジン冷却水の温度が所定値以下のときに前記圧縮機を作動させると共に前記電磁切換弁を作動制御して前記圧縮機の冷媒吐出口を前記バイパス流路に連通させる制御手段とを備えると共に、前記冷媒用熱交換手段は、前記バイパス流路の途中に設けられた冷媒凝縮用の第２の外部熱交換器と、前記第２の外部熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる第２の膨張手段又は減圧手段と、前記第２の膨張手段又は減圧手段で膨張させられた液体冷媒から吸熱して液体冷媒を蒸発させる第３の外部熱交換器を備える車両用空調装置であって、前記水用熱交換手段は、前記ウォータジャケットから前記ヒータコアに流れるエンジン冷却水を流す第１の水用熱交換器と、前記ヒータコアから前記ウォータジャケットに流れるエンジン冷却水を流す第２の水用熱交換器を備えると共に、前記第２の外部熱交換器は前記第１，第２の水用熱交換器間に介装され、前記第２の水用熱交換器は前記第２，第３の外部熱交換器間に介装されている車両用空調装置としたことを特徴とする。

この構成によれば、簡単な構成で、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期にエンジン冷却水を用いて車室内の暖房を行う際に、エンジン冷却水の温度を急速に上昇させることができる。

即ち、冷房用の圧縮機を用いてヒータコアに供給するエンジン冷却水を加熱する冷凍サイクルにおいて、ヒータコアに供給されるエンジン冷却水を冷媒凝縮用の第２の外部熱交換器を利用して加熱できるので、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期にエンジン冷却水を用いて車室内の暖房を行う際に、エンジン冷却水の温度を急速に上昇させることができる。しかも、この冷凍サイクルにおいて、ヒータコアから流出するエンジン冷却水で液体冷媒蒸発用の第３の外部熱交換器内の冷媒を加熱して蒸発を促進させることができるので、冷却水加熱用の冷凍サイクルを長く維持できる。

また、第２の外部熱交換器は第１，第２の水用熱交換器間に介装され、第２の水用熱交換器は第２，第３の外部熱交換器間に介装されている構成としたので、第１，第２の水用熱交換器及び第２，第３の外部熱交換器を一体に形成して、冷却水加熱のための複数の熱交換器を一つの熱交換手段として取扱性を向上させることができると共に、配置スペースを確保し易くできる。

この発明に係る車両用空調装置の概略配管図である。図１の車両用空調装置のうち車室内に配設される空調ユニットの概略説明図である。図１の車両用空調装置の冷却水加熱用熱交換手段の拡大説明図である。図１の車両用空調装置の制御回路図である。図１，図２の冷却水加熱用熱交換手段の各部における温度特性を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[構成]
図１において、１は車両（自動車）の車室、２は車両のエンジンルーム、３はエンジンルーム２内に配設された水冷式のエンジンである。このエンジン３には、エンジン冷却のためのエンジン冷却水を流す周知のウォータジャケット（図示せず）が設けられている。

また、車室１の前部に設けられたインストルメントパネル（図示せず）内には、車両用空調装置（車両用空調システム）４の空調ユニット５が配設されている。
＜空調ユニット５＞
この空調ユニット５は、図２に示したように、ブロワユニット６，クーラユニット７，ヒータユニット８を備えている。尚、空調ユニット５のクーラユニット７，ヒータユニット８内には、ブロワユニット６から送風される空気が流れる一連の風路５ａが形成されている。

ブロワユニット６は、ブロワ（送風ファン）６ａを有すると共に、インテークユニット６ｂを有する。このインテークユニット６ｂは、外気取入口６ｂ１と内気取入口６ｂ２を有すると共に、外気取入口６ｂ１と内気取入口６ｂ２の開閉用のインテークドア６ｃを有する。このインテークドア６ｃは、モータ等のドア駆動装置（ドア駆動手段）６ｃ１により駆動（回動）させられて、外気取入口６ｂ１と内気取入口６ｂ２の開閉又は開度を調整し、車室外の外気と車室内の内気との流量吸込量を調整可能に設けられている。

そして、この外気取入口６ｂ１から取り入れられた外気または内気取入口６ｂ２から取り入れられた内気、或いは外気取入口６ｂ１及び内気取入口６ｂ２から取り入れられた外気と内気の混合された空気は、ブロワ（送風ファン）６ａによりクーラユニット７へ送風されるようになっている。

このクーラユニット７には冷房用冷媒が循環するエバポレータ（空気冷却用の内部熱交換器、内部蒸発器）７ａが設けられている。そして、ブロワユニット６により送風される取入空気は、エバポレータ７ａの図示しないエア通路を通過する際に、エバポレータ７ａが熱交換により冷却することができるようになっている。そして、このエバポレータ７ａを通過した空気はヒータユニット８へ送られるようになっている。

尚、このエバポレータ７ａの上流側（即ちブロワ６ａとエバポレータ７ａとの間）には、風路５ａの下部を開閉する風路調整ドア７ｂが設けられている。この風路調整ドア７ｂはモータ等の駆動装置（駆動手段）７ｂ１により駆動（回動）させられるようになっている。

ヒータユニット８内には、エンジンの冷却水が循環するヒータコア（空気加熱用の内部熱交換器）８ａが設けられている。また、ヒータコア８ａの側部（図では下部）には当該ヒータコア８ａを迂回するバイパス風路８ｂが設けられ、またヒータコア８ａの前面にはミックスドア８ｃが設けられている。そして、このミックスドア８ｃは、モータ等のドア駆動装置（ドア駆動手段）８ｃ１により駆動（回動）されられて、ヒータコア８ａの上流側の図示しないエア通路（エア風路）の開度を調節することにより、ヒータコア８ａのエア通路内を流れる空気の量とバイパス風路８ｂを流れる空気の量との比率を調節できるようになっている。

このヒータコア８ａの下流には混合室８ｄが形成され、この混合室８ｄには室内のデフロストグリル、ベントグリル及びフットグリルへそれぞれ連通する吹出口８ｅが設けられている。
＜冷媒循環回路＞
また、図１に示したように車両用空調装置４は、冷媒循環回路９と、暖房用冷却水循環回路１０を有する。

この冷媒循環回路９は、冷房用の冷凍サイクル（即ち冷房サイクル）を行わせる冷房冷媒循環回路（第１の冷媒瞬間回路）９ａと、冷却水加熱用の冷凍サイクルを行わせるバイパス冷媒循環回路（第２の冷媒循環回路、冷却水加熱循環回路）９ｂを有する。
（冷房冷媒循環回路９ａ）
この冷房用の冷房冷媒循環回路９ａは、エンジン駆動される圧縮機１１と、一端が圧縮機１１の図示しない冷媒出口（冷媒出口側）に接続された第１の冷房冷媒配管１１ａと、この第１の冷房冷媒配管１１ａの他端に接続され且つ車室１外に配設された冷媒凝縮用の第１の外部熱交換器１２を有する。

また、冷房冷媒循環回路９ａは、冷媒入口（図示せず）が第１の外部熱交換器１２の冷媒出口（図示せず）に接続されたリキッドタンク１３と、一端がリキッドタンク１３の冷媒出口（図示せず）に接続された第２の冷房冷媒配管１３ａと、この第２の冷房冷媒配管１３ａの他端に冷媒入口（図示せず）が接続された第１の膨張手段又は減圧手段１４と、この第１の膨張手段又は減圧手段１４の冷媒出口（図示せず）が接続された上述の空気冷却用のエバポレータ（内部熱交換器）７ａを有する。この冷房冷媒循環回路に適用される膨張手段とは例えば膨張弁であり、減圧手段とは例えば冷房冷媒配管１１ａの流路を絞るオリフィスである。

この第１の膨張手段又は減圧手段１４は、エバポレータ７ａの冷媒出口（図示せず）から吐出（流出）する冷媒温度及び冷媒圧力を感知（検知）して、エバポレータ７ａの冷媒入口（図示せず）に流入する液体冷媒の流量を負荷にあった冷媒流量になるように調整し、即ちエバポレータ７ａの冷媒出口（図示せず）から吐出される（流出する）冷媒温度が設定した目標の（所定の）温度・圧力の加熱蒸気になるように、エバポレータ７ａの冷媒入口（図示せず）に流入する液体冷媒の流量を調整するようになっている。この構成には、周知の構成を採用できるので、その詳細な説明は省略する。

更に、冷房冷媒循環回路９ａは、一端がエバポレータ７ａの冷媒出口（図示せず）に接続された第３の冷房冷媒配管７ａ１と、第３の冷房冷媒配管７ａ１の他端に冷媒入口（図示せず）が接続された第１の一方向弁（第１のチェックバルブ）１５と、この第１の一方向弁１５の冷媒出口（図示せず）に一端が接続された第４の冷媒配管１５ａと、この第４の冷媒配管１５ａと圧縮機１１の冷媒入口（図示せず）を接続する気液分離用のアキュームレータ１６等を備えている。

そして、圧縮機１１から吐出される冷媒は、第１の冷房冷媒配管１１ａ，第１の外部熱交換器１２，リキッドタンク１３，第２の冷房冷媒配管１３ａ，第１の膨張手段又は減圧手段１４，エバポレータ７ａ，第３の冷房冷媒配管７ａ１，一方向弁１５，第４の冷房冷媒配配管１５ａ，アキュームレータ１６の順に流れた後に、圧縮機１１に戻されて循環する第１の冷凍サイクルを繰り返すことができるようになっている。

この際、圧縮機１１は冷媒ガスを圧縮して高温高圧の圧縮冷媒（圧縮冷媒ガス）にし、第１の外部熱交換器１２は圧縮冷媒の熱を外気に放熱して圧縮冷媒を冷却することにより凝縮させて液体冷媒（凝縮冷媒、冷媒液）にし、リキッドタンク１３は液体冷媒を貯留し、第１の膨張手段又は減圧手段１４はリキッドタンク１３からの高圧の液体冷媒を膨張させて低圧の液体冷媒（凝縮冷媒）にするようになっている。この第１の膨張手段又は減圧手段１４からの液体冷媒は、エバポレータ７ａ内に供給されて風路５ａ内の空気の熱を吸熱し（奪い）、風路５ａ内の空気を冷却する際に、蒸発させられて冷媒ガスになる。この冷媒ガスは、第３の冷房冷媒配管７ａ１，第１の一方向弁１５，第４の冷房冷媒配管１５ａ及びアキュームレータ１６を介して圧縮機１１に戻される。
（冷却水加熱用のバイパス冷媒循環回路９ｂ）
このバイパス冷媒循環回路９ｂは、圧縮機１１と、第１の冷房冷媒配管１１ａの途中に介装された三方電磁切換弁（電磁弁）１７と、一端が三方電磁切換弁１７に接続され第１のバイパス冷媒配管１７ａと、車室１外に配設され且つ第１のバイパス冷媒配管１７ａの他端に冷媒入口（図示せず）が接続された冷媒凝縮用（冷却水加熱用）の第２の外部熱交換器１８と、第２の外部熱交換器１８の冷媒出口（図示せず）に接続された車室１外の第２の膨張手段又は減圧手段１９を有する。

また、バイパス冷媒循環回路９ｂは、第２の膨張手段又は減圧手段１９で膨張させられた冷媒が供給される冷媒蒸発用の第３の外部熱交換器（第２のエバポレータ即ち外部蒸発器）２０と、一端が第３の外部熱交換器２０の冷媒出口（図示せず）に接続された第２のバイパス冷媒配管２０ａと、この第２のバイパス冷媒配管２０ａの他端と第１の一方向弁１５の冷媒出口（図示せず）に接続した第４の冷房冷媒配管１５ａの途中とを接続する第２の一方向弁２１と、アキュームレータ１６を有する。

そして、圧縮機１１から吐出される冷媒は、三方電磁切換弁１７，第１のバイパス冷媒配管１７ａ，第２の外部熱交換器１８，第２の膨張手段又は減圧手段１９，第３の外部熱交換器２０，第２のバイパス冷媒配管２０ａ，一方向弁２１，アキュームレータ１６の順に流れた後に、圧縮機１１に戻されて循環する第２の冷凍サイクルを繰り返すことができるようになっている。

尚、上述した第１，第２のバイパス冷媒配管１７ａ，２０ａ内には第１の外部熱交換器１２及びエバポレータ７ａ（内部熱交換器）と並列に圧縮機１１に連通する（接続された）バイパス流路（図示せず）が形成され、このバイパス流路の途中には第２，第３の外部熱交換器１８，２０を備える冷媒用熱交換手段２３が配設（介装）されている。
＜暖房用冷却水循環回路１０＞
この暖房用冷却水循環回路１０は、エンジン３のウォータジャケット内（図示せず）の流路と、図示しないウォータポンプによりウォータジャケット（図示せず）の冷却水出口（図示せず）から吐出される冷却水をヒータコア８ａに流した後にウォータジャケット内の流路に戻す冷却水循環流路２４を有する。

この冷却水循環流路２４は、エンジン３のウォータジャケット（図示せず）の冷却水出口（図示せず）とヒータコア８ａの冷却水入口（図示せず）を接続する（連通させている）第１の冷却水流路２４ａと、ヒータコア８ａの冷却水入口（図示せず）を接続する第１の冷却水出口（図示せず）とエンジン３のウォータジャケット（図示せず）の冷却水入口（図示せず）とを接続する（連通させている）第２の冷却水流路２４ｂを有する。しかも、冷却水循環流路２４の途中には水用熱交換手段２５が介装されている。

この水用熱交換手段２５は、第１の冷却水流路２４ａの途中に設けられた第１の水用熱交換器２６と、第２の冷却水流路２４ｂの途中に設けられた第２の水用熱交換器２７を有する。尚、第１の水用熱交換器２６内には第１の冷却水流路２４ａの一部が形成され、第２の水用熱交換器２７内には第２の冷却水流路２４ｂの一部が形成される。

そして、図１，図３に示したように、第１の水用熱交換器２６と第２の水用熱交換器２７との間には冷媒用の第２の外部熱交換器１８が介装され、この第２の外部熱交換器１８と第３の外部熱交換器２０との間には第２の水用熱交換器２７が介装されている。しかも、第１の水用熱交換器２６，第２の外部熱交換器１８，第２の水用熱交換器２７及び第３の外部熱交換器２０はこの順に一体的に固定されていて、一つの冷却水加熱用熱交換手段２８を形成している。
＜コントロールユニット（制御手段）＞
上述した空調ユニット５の図示しないブロワ，圧縮機１１及び三方電磁切換弁１７等は、車両各部を制御するオートアンプ等の図４のコントロールユニット（演算制御回路等の制御手段）２９により動作制御させられるようになっている。

また、第１の冷却水流路２４ａの途中には、冷却水温度を検出して検出信号を水温信号（温度信号）として出力する図示しない信号通信システムの水温検出センサ（水温検出手段）３０が設けられている。この水温検出センサ３０からの検出信号はコントロールユニット２９に入力されるようになっている。更に、コントロールユニット２９には、冷房スイッチ３１からの操作信号（ＯＮ・ＯＦＦ信号）及び暖房スイッチ３２からの操作信号（ＯＮ・ＯＦＦ信号）が入力されるようになっている。

尚、水温検出センサ３０はエンジンのウオータジャケット、又は冷却水循環流路２４の少なくとも一方に設け、信号通信システムを介してコントロールユニット２９に入力する。

更に暖房スイッチ３２はコントロールユニット２９により自動的に，あるいは乗員の手動操作のいずれでも良い。

又、コントロールユニット２９には図示しない外気温度検出手段あるいは、圧縮機１１の図示しないプーリー回転数検出手段であっても良い。
[作用]
次に、このような構成の車両用空調装置の作用を説明する。
（１）．通常の冷房運転
エンジン３の始動後に冷房スイッチ３１からのＯＮ信号がコントロールユニット２９に入力されると、コントロールユニット２９は通常の冷房運転の制御を開始する。

この際、コントロールユニット２９は、三方電磁切換弁１７を作動制御して、この三方電磁切換弁１７により、圧縮機１１の冷媒出口（図示せず）と第１の冷媒配管１７ａとの連通を遮断させると共に、圧縮機１１の冷媒出口（図示せず）と第１の外部熱交換器１２の冷媒入口（図示せず）を連通させる。

この後、コントロールユニット２９は、ヒータユニット８のドア駆動装置（ドア駆動手段）８ｃ１を作動制御して、ミックスドア８ｃによりヒータコア８ａのエア通路（図示せず）の上流側を閉成すると共に、インテークユニット６ｂのドア駆動手段６ｃ１を作動制御して、インテークユニット６ｂの外気取入口６ｂ１を閉成すると共に内気取入口６ｂ２を開かせる。

これに伴い、コントロールユニット２９は、ブロワ６ａを作動させて内気取入口６ｂ２から車室１内の空気を吸い込ませる。この吸い込まれた空気は、風路５ａを流れてエバポレータ７ａの図示しないエア通路（エア風路）内を流れて通過した後、ヒータユニット８のバイパス風路８ｂ，混合室８ｄを介して吹出口８ｅから車室１内に吹き出される。

一方、コントロールユニット２９は、圧縮機１１を作動制御してガス状の冷媒（冷媒ガス）の圧縮を開始し、高温高圧の圧縮冷媒を第１の冷房冷媒配管１１ａに吐出する。この圧縮冷媒は、三方電磁切換弁１７を介して第１の外部熱交換器１２に供給されて、第１の外部熱交換器１２で冷却され、凝縮されて凝縮し液体冷媒（冷媒液）となる。この凝縮冷媒は、リキッドタンク１３に貯留された後、第２の冷房冷媒配管１３ａを介して第１の膨張手段又は減圧手段１４に供給されて膨張（減圧）される。

この減圧された凝縮冷媒は、車室１内のエバポレータ７ａに供給されて、ブロワ６ａから送風され且つエバポレータ７ａの図示しないエア通路を流れる車室１の空気の熱を吸収し、空気の温度を低下させる。この温度が低下した空気は上述したように吹出口８ｅから車室１内に吹き出されて、車室１内を冷房する。

この際、吸熱により第１の膨張手段又は減圧手段１４からの液体冷媒（冷媒液）は蒸発させられてガス状の冷媒（冷媒ガス）となり、この冷媒（冷媒ガス）は第３の冷房冷媒配管７ａ１，一方向弁１５，第４の冷房冷媒配管１５ａ，アキュームレータ１６を介して圧縮機１１に戻されて循環し、圧縮機１１で圧縮される。
（２）．外気温度が低い場合の暖房運転
また、車両の図示しないイグニッションスイッチをＯＮさせて、エンジン３を始動させると、エンジン３のウォータジャケット（図示せず）のエンジン冷却水の水温が水温検出センサ３０で検出され、この水温検出センサ３０から温度検出信号が出力され、この温度検出信号がコントロールユニット２９に入力される。

この状態で、暖房スイッチ３２をＯＮさせて、このＯＮ信号を車両用空調装置４の暖房運転の指令としてコントロールユニット２９に入力すると、コントロールユニット２９は水温検出センサ３０の温度検出信号からエンジン冷却水の温度が車室１内の暖房に必要な温度（所定温度）に達しているか否かを判断する。

そして、コントロールユニット２９は、冬期等の外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期に、エンジン冷却水の温度（水温）が車室１内の暖房に必要な温度（所定温度）に達していないと判断すると、三方電磁切換弁１７を作動制御する。

この際、コントロールユニット２９は、三方電磁切換弁１７により、圧縮機１１の冷媒出口（図示せず）と第１の外部熱交換器１２の冷媒入口（図示せず）を遮断すると共に、圧縮機１１の冷媒出口（図示せず）とバイパス流路を形成する第１のバイパス冷媒配管１７ａとを連通させる。この状態では、圧縮機１１を作動させても、冷媒が第１の外部熱交換器１２，リキッドタンク１３，第１の膨張手段又は減圧手段１４，エバポレータ７ａ等を流れることはない。

この後、コントロールユニット２９は、ヒータユニット８のドア駆動手段８ｃ１を作動制御して、ミックスドア８ｃによりヒータコア８ａのエア通路（図示せず）の上流側を開くと共に、インテークユニット６ｂのドア駆動手段６ｃ１を作動制御して、インテークユニット６ｂの外気取入口６ｂ１を閉成すると共に外気取入口６ｂ２を開かせる。

この状態で、コントロールユニット２９は、ブロワ６ａを作動させて外気取入口６ｂ２から車室１内の空気を吸い込ませる。この吸い込まれた空気は、風路５ａを流れてエバポレータ７ａの図示しないエア通路（エア風路）内を流れて通過した後、ヒータユニット８のエア通路（図示せず），混合室８ｄを介して吹出口８ｅから車室１内に吹き出される。この状態で、圧縮機１１を作動させても、エバポレータ７ａには上述したように冷媒が供給されていないので、ブロワ６ａで送風される空気がエバポレータ７ａのエア通路（図示せず）内を流れて透過しても、空気がエバポレータ７ａで冷却されることはない。

一方、コントロールユニット２９は、圧縮機１１を作動させて冷媒ガスを圧縮させ、高温の圧縮冷媒を冷媒配管１１ａに吐出させる。この圧縮冷媒は、三方電磁切換弁１７，第１のバイパス冷媒配管１７ａ，第２の外部熱交換器１８，第２の膨張手段又は減圧手段１９，第３の外部熱交換器２０，第２のバイパス冷媒配管２０ａ，一方向弁２１，アキュームレータ１６等の順に流れて圧縮機１１に戻され循環する。この際、圧縮冷媒は第２の外部熱交換器１８で放熱され凝集して高圧の液体冷媒（高圧液体冷媒）になり、この液体冷媒は第２の膨張手段又は減圧手段で膨張されて低圧の液体冷媒になった後に第３の外部熱交換器２０内に流入し、この低圧の液体冷媒は第３の外部熱交換器２０で蒸発させられて冷媒ガスとなる。この蒸発させられた冷媒ガスは、第２のバイパス冷媒配管２０ａ，第２の一方向弁２１，アキュームレータ１６を介して圧縮機１１に戻される。

また、エンジン３の図示しないウォータジャケットからエンジン冷却水は、第１の水用熱交換器２６を介してヒータコア８ａ内に流入した後、ヒータコア８ａから流出して第２の水用熱交換器２７を介してエンジン３のウォータジャケット（図示せず）に戻されて循環する。

これに伴い、圧縮冷媒は、第２の外部熱交換器１８を流れる際に、第２の外部熱交換器１８と第１の水用熱交換器２６との間で熱の授受を行い、第１の水用熱交換器２６内をヒータコア８ａ側に流れるエンジン冷却水を加熱すると共に、第２の外部熱交換器１８と第２の水用熱交換器２７との間で熱の授受を行い、ヒータコア８ａから流出して第２の水用熱交換器２７をウォータジャケット（図示せず）側に流れるエンジン冷却水を加熱する。

この第２の外部熱交換器１８及び第１の水用熱交換器２６で加熱されたエンジン冷却水は、ヒータコア８ａに供給されて、ヒータコア８ａのエア通路（図示せず）を流れる空気を加熱して暖める。そして、この暖められた空気は、吹出口８ｅから車室１内に吹き出されて車室１内を暖めることになる。しかも、第２の外部熱交換器１８及び第２の水用熱交換器２７で加熱されたエンジン冷却水は、ウォータジャケット（図示せず）に戻されて循環する。

また、第３の外部熱交換器２０は第２の水用熱交換器２７との間で熱の授受を行い、第２の水用熱交換器２７のエンジン冷却水の熱で第３の外部熱交換器２０内に流入する低圧の液体冷媒（低圧液体冷媒）を加熱して、第３の外部熱交換器２０内の低圧の液体冷媒の蒸発を促進する。

図５は、図２の冷却水加熱用熱交換手段２８の（１）〜（４）で示した部分の温度特性を示したものである。この（１）は第３の外部熱交換器２０内の冷媒の温度特性線を示し、（２）は第２の水用熱交換器２７内のエンジン冷却水の温度特性線を示し、（３）は第２の外部熱交換器１８内の冷媒の温度特性線を示し、（４）は第１の水用熱交換器２６内のエンジン冷却水の温度特性線を示したものである。

温度特性線（４）から明らかなように、ヒータコア８ａ側に流れる第１の水用熱交換器２６内のエンジン冷却水の温度は第２の外部熱交換器１８で加熱されるので、暖房初期に急激に上昇する。

また、ヒータコア８ａからウォータジャケット（図示せず）に流れるエンジン冷却水はヒータコア８ａ内で室内空気に熱エネルギーが吸収されて温度が低下している一方、第２の外部熱交換器１８の圧縮冷媒は第１の水用熱交換器２６内のエンジン冷却水に多くの熱エネルギーを吸収されて温度が低下させられる。しかも、第２の水用熱交換器２７内のエンジン冷却水は、第３の外部熱交換器２０内に流入する液体冷媒を加熱して蒸発させる際に、熱エネルギーを吸収される。

これらの結果、ヒータコア８ａからウォータジャケット（図示せず）に流れるエンジン冷却水は、温度特性線（２）から明らかなように、暖房初期に第２の外部熱交換器１８で加熱される際に、温度（水温）が急激に上昇するが、第１の水用熱交換器２６内を流れるエンジン冷却水の温度よりも僅かに低い状態となっている。

しかしながら、ヒータコア８ａからウォータジャケット（図示せず）に戻されるエンジン冷却水は、第２の外部熱交換器１８の圧縮冷媒の熱で加熱されるので、ヒータコア８ａからウォータジャケット（図示せず）に直接戻す場合に比べて水温が高い状態を維持した状態となる。この結果、外気温が低い場合にエンジン３を始動させたときに、エンジン始動初期における暖機運転を阻害することを防止できる。

尚、圧縮機１１で圧縮された圧縮冷媒を第２の外部熱交換器１８に供給したときに、第２の外部熱交換器１８内の圧縮冷媒の温度は温度特性線（３）から明らかなように温度特性線（１），（２），（４）等の温度よりも高い状態でエンジン始動初期に急激に立ち上がっている。

また、第３の外部熱交換器２０内の冷媒の温度は、温度特性線（１）から明らかなように温度特性線（２）の温度よりもかなり低い状態で徐々に上昇していることが分かる。
（その他）
以上説明したように、この発明の実施の形態の車両用空調装置は、冷媒を、エンジン駆動される圧縮機１１，車室１外の冷媒凝縮用の第１の外部熱交換器１２，第１の膨張手段又は減圧手段１４，車室内の空気冷却及び液体冷媒蒸発用の内部熱交換器（エバポレータ７ａ）の順に循環させる冷房用冷媒循環回路（９）と、エンジン冷却水をエンジンのウォータジャケットと車室１内のヒータコアとの間で循環させる暖房用冷却水循環回路（１０）を有する。

また、車両用空調装置は、前記第１の外部熱交換器１２及び前記内部熱交換器（エバポレータ７ａ）と並列に前記圧縮機１１に接続されたバイパス流路と、前記圧縮機１１の冷媒吐出口を前記第１の外部熱交換器１２と前記バイパス流路とのいずれかに切り換え連通させる電磁切換弁（三方電磁切換弁１７）を有する。

更に、車両用空調装置は、前記ウォータジャケットと前記ヒータコア８ａとの間に流路途中に介装された水用熱交換手段２５及び前記バイパス流路の途中に設けられて前記水用熱交換手段２５との間で熱の授受を行う冷媒用熱交換手段２３を有する冷却水加熱用熱交換手段２８と、前記エンジン冷却水の温度を検出して温度信号を出力する水温検出センサ３０を備えている。

更に、車両用空調装置は、前記エンジン駆動時の前記エンジン冷却水の温度が所定値以下のときに前記冷房回路（冷房冷媒循環回路９ａ）の圧縮機１１を作動させると共に前記電磁切換弁（三方電磁切換弁１７）を作動制御して前記圧縮機１１の冷媒吐出口を前記バイパス流路に連通させる制御手段（コントロールユニット２９）を有する。

また、前記冷媒用熱交換手段２３は、前記バイパス流路の途中に設けられた冷媒凝縮用の第２の外部熱交換器１８と、前記第２の外部熱交換器１８で凝縮された冷媒を膨張させる第２の膨張手段又は減圧手段１９と、前記第２の膨張手段又は減圧手段１９で膨張させられた液体冷媒から吸熱して液体冷媒を蒸発させる第３の外部熱交換器２０を備えている。

しかも、前記水用熱交換手段は、前記ウォータジャケットから前記ヒータコア８ａに流れるエンジン冷却水を流す第１の水用熱交換器２６と、前記ヒータコア８ａから前記ウォータジャケットに流れるエンジン冷却水を流す第２の水用熱交換器２７を備えると共に、前記第２の外部熱交換器１８は前記第１，第２の水用熱交換器間２６，２７に介装され、前記第２の水用熱交換器２７は前記第２，第３の外部熱交換器１８，２０間に介装されている。

即ち、冷房用の圧縮機１１を用いてヒータコア８ａに供給するエンジン冷却水を加熱する冷凍サイクルにおいて、ヒータコア８ａに供給されるエンジン冷却水を冷媒凝縮用の第２の外部熱交換器１８を利用して加熱できるので、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期にエンジン冷却水を用いて車室１内の暖房を行う際に、エンジン冷却水の温度を急速に上昇させることができる。しかも、この冷凍サイクルにおいて、ヒータコア８ａから流出するエンジン冷却水で液体冷媒蒸発用の第３の外部熱交換器２０内の冷媒を加熱して蒸発を促進させることができるので、冷却水加熱用の冷凍サイクルを長く維持できる。

また、第２の外部熱交換器１８は第１，第２の水用熱交換器２６，２７間に介装され、第２の水用熱交換器２７は第２，第３の外部熱交換器間１８，２０に介装されている構成としたので、第１，第２の水用熱交換器２６，２７及び第２，第３の外部熱交換器１８，２０を一体に形成して、冷却水加熱のための複数の熱交換器を一つの熱交換手段として取扱性を向上させることができると共に、配置スペースを確保し易くできる。

更に、この発明の実施の形態において、アキュームレータ１６は第１の一方向弁１５及び第２の一方向弁２１の下流側へ配置した例を示したが、これに限定されない。例えば、アキュームレータ１６は第１の一方向弁１５の下流側であり且つ第２の一方向弁２１を配置する第３バイパス冷媒配管２０ａと第４の冷媒配管１５ａとの接続部の上流側に配置させても良く、又は、第２の一方向弁２１の上流側に配置させても良い。このようにアキュームレータ１６を配置することにより、エンジン始動初期もしくは、低外気時に発生する冷媒ガスの液化現象をアキュームレータ１６内に貯留させることで水用熱交換手段２５である、第１，第２の水用熱交換器２６，２７との間に介在する第２の外部熱交換器１８との熱交換のロスが低減され、エンジン冷却水の温度を急速に上昇させることができると共に即暖性が確保でき、車室内を快適に成し得る。

１・・・車室１
７ａ・・・エバポレータ（内部熱交換器）
８ａ・・・ヒータコア
９・・・冷媒循環回路
９ａ・・・冷房冷媒循環回路（冷房回路）
１０・・・暖房用冷却水循環回路
１１・・・圧縮機１１
１２・・・第１の外部熱交換器
１４・・・第１の膨張手段又は減圧手段
１７・・・三方電磁切換弁（電磁切換弁）
１９・・・第２の膨張手段又は減圧手段
２０・・・第３の外部熱交換器
２３・・・冷媒用熱交換手段
２５・・・水用熱交換手段
２６・・・第１の水用熱交換器
２７・・・第２の水用熱交換器
２８・・・冷却水加熱用熱交換手段
２９・・・コントロールユニット（制御手段）
３０・・・水温検出センサ

Claims

冷媒を、エンジン駆動される圧縮機，車室外の冷媒凝縮用の第１の外部熱交換器，第１の膨張手段又は減圧手段，車室内の空気冷却及び液体冷媒蒸発用の内部熱交換器の順に循環させる冷房用冷媒循環回路と、
エンジン冷却水をエンジンのウォータジャケットと車室内のヒータコアとの間で循環させる暖房用冷却水循環回路と、
前記第１の外部熱交換器及び前記内部熱交換器と並列に前記圧縮機に接続されたバイパス流路と、
前記圧縮機の冷媒吐出口を前記第１の外部熱交換器と前記バイパス流路とのいずれかに切り換え連通させる電磁切換弁と、
前記ウォータジャケットと前記ヒータコアとの間に流路途中に介装された水用熱交換手段及び前記バイパス流路の途中に設けられて前記水用熱交換手段との間で熱の授受を行う冷媒用熱交換手段を有する水加熱用熱交換手段と、
前記エンジン冷却水の温度を検出して温度信号を出力する水温検出センサと、
前記エンジン駆動時の前記エンジン冷却水の温度が所定値以下のときに前記圧縮機を作動させると共に前記電磁切換弁を作動制御して前記圧縮機の冷媒吐出口を前記バイパス流路に連通させる制御手段とを備えると共に、
前記冷媒用熱交換手段は、前記バイパス流路の途中に設けられた冷媒凝縮用の第２の外部熱交換器と、前記第２の外部熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる第２の膨張手段又は減圧手段と、前記第２の膨張手段又は減圧手段で膨張させられた液体冷媒から吸熱して液体冷媒を蒸発させる第３の外部熱交換器を備える車両用空調装置であって、
前記水用熱交換手段は、前記ウォータジャケットから前記ヒータコアに流れるエンジン冷却水を流す第１の水用熱交換器と、前記ヒータコアから前記ウォータジャケットに流れるエンジン冷却水を流す第２の水用熱交換器を備えると共に、
前記第２の外部熱交換器は前記第１，第２の水用熱交換器間に介装され、前記第２の水用熱交換器は前記第２，第３の外部熱交換器間に介装されていることを特徴とする車両用空調装置。