JP2011225174A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン冷却水を用いて車室内の暖房を行う際に、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期等でもエンジン冷却水の温度を、簡単な構成で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。
【解決手段】三方電磁切換弁１３からコンデンサ１４、膨張弁１６、エバポレータ７ａを迂回するようにして、圧縮機１１を結ぶ流路に接続された第２の冷媒循環配管路９ｂと、三方電磁切換弁１３による流路方向の切り換えにより、第２の冷媒循環配管路９ｂを流れる圧縮機１１から吐出されたガス状の冷媒と、暖房用冷却水循環回路１０のヒータコア８ａ側に流入するエンジン冷却水との間で熱交換する水−冷媒熱交換器２５と、冷媒の循環方向に沿って第２の冷媒循環配管路９ｂの水−冷媒熱交換器２５と圧縮機１１との間の流路に設けた、水−冷媒熱交換器２５での熱交換により凝縮された気液二相冷媒を減圧してガス状の冷媒に相変化させる膨張器２１とを備えている。
【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の暖房を行う車両用空調装置に関する。

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凍サイクルを利用した冷房装置を設けているのが普通である。

この種の暖房装置では、車室内の暖房時に、エンジン冷却水を車室内空調用のヒータコア（車室内熱交換器）に循環させると共に、ヒータコア通過風を車室内の吹出口から吹き出させるようにして車室内を暖房可能にするものが知られている。

このような車両用空調装置により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く、乗員が快適と感じるまで長い時間を要する必要があった。

これの解消方法としては、外気温度が低い場合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高圧冷媒の熱を利用して冷却水を加熱して、加熱された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）。

この特許文献１には、いわゆる冷房用のモードと４種類の暖房用のモードがある。このうち暖房用モードの中に、エンジン冷却水の温度が低い場合には、冷凍サイクルの高圧冷媒を熱源として、エンジン冷却水を加温する方式である。また別の暖房モードでは、高圧冷媒を熱源とし、室内側の熱交換器でその熱を空調風の加熱に使うことで、暖房を実現している。

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高圧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高圧冷媒の熱で車室内の空気を加熱する際、高圧冷媒から熱が奪われて高圧冷媒が凝縮して高圧凝縮液冷媒になる。このため、再び冷媒を圧縮機で圧縮させるには、凝縮液冷媒を膨張・減圧手段で膨張させて低圧液冷媒にした後、熱交換器で低圧液冷媒に吸熱させることにより、低圧液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液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、低圧液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、高圧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、上述した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の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、この部品点数の増加は、車両用空調装置の構造を複雑にしていた。

また、上述した冷房装置では、低外気温時に車室外部のコンデンサや車室内のエバポレータ内に多量の冷媒が滞留しているために、この低外気温時に単にヒートポンプ運転により車室内を暖房しようとしたときに、コンデンサやエバポレータ内の冷媒を暖房のために有効に利用できず、充分な暖房性能が発揮できないものであった。

しかも、このような冷房装置のヒートポンプ運転では、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り、冷却水の温度を急速に上昇させることが難しかった。

そこで、本発明は、エンジン冷却水を用いて車室内の暖房を行う際に、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期等でもエンジン冷却水の温度を、簡単な構成で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。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用空調装置は、冷媒を、圧縮機、車室外の冷媒凝縮用のコンデンサ、第１の冷媒減圧手段、車室内の空気冷却及び液体冷媒蒸発用のエバポレータを介して前記圧縮機に戻して循環させる冷媒循環配管路と、エンジン冷却水を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、前記冷媒の循環方向に沿って前記冷媒循環配管路の前記圧縮機と前記コンデンサとの間の流路に設けた、前記冷媒の流路方向を切り換える切換え手段と、前記流路切換え手段から前記コンデンサ、前記第１の冷媒減圧手段、前記エバポレータを迂回するようにして、前記圧縮機を結ぶ流路に接続されたバイパス流路と、前記切換え手段による流路方向の切り換えにより、前記バイパス流路を流れる前記圧縮機から吐出されたガス状の冷媒と、前記暖房用冷却水循環回路の前記ヒータコア側に流入する前記エンジン冷却水との間で熱交換する水−冷媒熱交換器と、前記冷媒の循環方向に沿って前記バイパス流路の前記水−冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の流路に設けた、前記水−冷媒熱交換器での熱交換により凝縮された気液二相冷媒を減圧してガス状の冷媒に相変化させる第２の冷媒減圧手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の車両用空調装置は、前記切換え手段による流路方向の切り換えにより、前記圧縮機から吐出されて前記バイパス流路の前記水−冷媒熱交換器の上流側を流れる冷媒と前記第２の冷媒減圧手段により減圧されて相変化された冷媒との間で熱交換する冷媒内部熱交換器を備えていることを特徴としている。

請求項３に記載の車両用空調装置は、前記切換え手段による流路方向の切り換えにより、前記圧縮機から吐出されたガス状の冷媒を前記バイパス流路の前記水−冷媒熱交換器での熱交換により凝縮し、該水−冷媒熱交換器の下流側から流れる冷媒と前記第２の冷媒減圧手段により減圧されて相変化された冷媒との間で熱交換する冷媒内部熱交換器を備えていることを特徴としている。

請求項４に記載の車両用空調装置は、前記冷媒循環配管路の前記第２の冷媒減圧手段と前記圧縮機との間にアキュムレータを設けたことを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の車両用空調装置によれば、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期に車室内の暖房を行う際において、エンジン冷却水の温度を短時間で高温度に上昇させ、加熱されたエンジン冷却水をヒータコアに循環供給することで、外気温度が低い場合でもエンジン始動後に直にヒータコアで暖められた空気で車室内の暖房を行うことが可能となる。

更に、圧縮冷媒の熱を利用してエンジン冷却水を加熱させるための装置構成を複雑にすることなくシンプルに構成することができるので、重量増加とコスト上昇を最小限に抑えることができる。

本発明の実施形態１に係る車両用空調装置の概略構成を示す図。 本発明の実施形態１における車両用空調装置の空調ユニットの概略構成を示す図。 本発明の実施形態１における車両用空調装置の制御系を示す図。 本発明の実施形態１における車両用空調装置の冷凍サイクルを示した図。 本発明の実施形態２に係る車両用空調装置の概略構成を示す図。 本発明の実施形態２における車両用空調装置の冷凍サイクルを示した図。 本発明の実施形態３に係る車両用空調装置の概略構成を示す図。 本発明の実施形態３における車両用空調装置の冷凍サイクルを示した図。 本発明の実施形態４に係る車両用空調装置の概略構成を示す図。 本発明の実施形態４における車両用空調装置の冷凍サイクルを示した図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る車両用空調装置の構成を示す概略図である。

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。

図２に示すように、この空調ユニット５は、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、ドア駆動部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（空気冷却用の熱交換器）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。

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、ドア駆動部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。

図１に示す車両用空調装置４は、冷媒循環配管路９と、暖房用冷却水循環配管路１０を有する。この冷媒循環配管路９は、冷房用の冷凍サイクル（即ち冷房サイクル）を行わせる第１の冷媒循環配管路９ａと、冷却水加熱用の冷凍サイクル（暖房用加熱サイクル）を行わせる第２の冷媒循環配管路９ｂを有する。

この第１の冷媒循環配管路９ａは、エンジン３の起動により駆動される圧縮機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の冷媒配管１２ａと、三方電磁切換弁１３が途中に介装されたこの第１の冷媒配管１２ａ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コンデンサ１４を有する。

また、第１の冷媒循環配管路９ａは、冷媒入口（図示せず）がコンデンサ１４の冷媒出口（図示せず）に接続されたリキッドタンク１５と、一端がリキッドタンク１５の冷媒出口（図示せず）に接続された第２の冷媒配管１２ｂと、この第２の冷媒配管１２ｂの他端に冷媒入口（図示せず）が接続された膨張弁１６と、この膨張弁１６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７ａを有する。

この膨張弁１６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）冷媒が設定した目標の（所定の）温度・圧力の過熱状態（過熱度）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、第１の冷媒循環配管路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の冷媒配管１２ｃと、第３の冷媒配管１２ｃの他端に冷媒入口（図示せず）が接続された第１逆止弁１７と、この第１逆止弁１７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１２ｄと、この第４の冷媒配管１２ｄ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ムレータ１８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の冷媒配管１２ａ、三方電磁切換弁１３、コンデンサ１４、リキッドタンク１５、第２の冷媒配管１２ｂ、膨張弁１６、エバポレータ７ａ、第３の冷媒配管１２ｃ、第１逆止弁１７、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８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、コンデンサ１４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１５は液体冷媒を貯留し、膨張弁１６はリキッドタンク１５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。

この膨張弁１６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の冷媒配管１２ｃ、第１逆止弁１７、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８を介して圧縮機１１に戻される。

第２の冷媒循環配管路９ｂは、圧縮機１１と、第１の冷媒配管１２ａの途中に介装された三方電磁切換弁１３と、一端が三方電磁切換弁１３に接続され第１バイパス冷媒配管１９ａと、車室１外に配設され且つ第１バイパス冷媒配管１９ａの他端に冷媒入口（図示せず）が接続された冷媒凝縮用（及び冷却水加熱用）の冷媒用熱交換器２０を有する。

更に、第２の冷媒循環配管路９ｂは、一端が冷媒用熱交換器２０の冷媒出口（図示せず）に接続された第２バイパス冷媒配管１９ｂと、車室１外に配設され且つ第２バイパス冷媒配管１９ｂの他端に接続された膨張器２１と、一端が膨張器２１の冷媒出口（図示せず）に接続された第３バイパス冷媒配管１９ｃと、この第３バイパス冷媒配管１９ｃの他端と第１逆止弁１７の冷媒出口（図示せず）に接続した第４の冷媒配管１２ｄの途中とを接続する第２逆止弁２２と、前記アキュムレータ１８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１３、第１バイパス冷媒配管１９ａ、冷媒用熱交換器２０、第２バイパス冷媒配管１９ｂ、膨張器２１、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８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。

暖房用冷却水循環配管路１０は、エンジン３のウォータジャケット（図示せず）内の流路と、図示しないウォータポンプによりこのウォータジャケットの冷却水出口（図示せず）から吐出される冷却水をヒータコア８ａに流した後にエンジン３のウォータジャケット内の流路に戻す冷却水循環流路２３を有する。

この冷却水循環流路２３は、エンジン３のウォータジャケットの冷却水出口（図示せず）とヒータコア８ａの冷却水入口（図示せず）を接続する第１の冷却水流路２３ａ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の冷却水入口（図示せず）とを接続する第２の冷却水流路２３ｂを有する。

更に、第１の冷却水流路２３ａの途中には水用熱交換器２４が介装されている。水用熱交換器２４と冷媒用熱交換器２０は、互いに熱交換可能に一体的に接続されて水−冷媒熱交換器２５を構成している。なお、水用熱交換器２４内には、第１の冷却水流路２３ａの途中が通るように配設されている。

このように、水−冷媒熱交換器２５を構成する水用熱交換器２４と冷媒用熱交換器２０が互いに熱交換可能に一体的に接続されて、水用熱交換器２４と冷媒用熱交換器２０との間で熱の授受を行うことができるようになっている。この熱の授受により、圧縮機１１から冷媒用熱交換器２０に供給される高温高圧の圧縮冷媒の熱で水用熱交換器２４内のエンジン冷却水を加熱すると共に、この加熱によりガス状の高圧冷媒は冷媒用熱交換器２０内で吸熱されて凝縮し液体冷媒となる。

上述した空調ユニット５のブロワ６ａ、圧縮機１１及び三方電磁切換弁１３等の動作は、図３に示すコントロールユニット（制御部）２６からの制御信号によって制御される。

また、第１の冷却水流路２３ａ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２７（図３参照）が設けられている。この水温検出センサ２７からの検出信号はコントロールユニット２６に入力されるようになっている。更に、図３に示すように、コントロールユニット２６には、冷房スイッチ２８からの操作信号（ＯＮ・ＯＦＦ信号）及び暖房スイッチ２９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２７はエンジン３のウォータジャケット、又は冷却水循環流路２３の少なくとも一方に設け、信号通信システムを介して検出信号をコントロールユニット２６に入力する。なお、暖房スイッチ２９からの操作信号（ＯＮ・ＯＦＦ信号）は、コントロールユニット２６により自動的に、あるいは乗員の手動操作によって出力される。

また、本実施形態の車両用空調装置４では、アキュムレータ１８が、圧縮機１１の上流側に配置されている。これは、暖房時に必要な冷媒量を確保するためである。即ち、低外気温時には、コンデンサ１４やエバポレータ７ａに冷媒が滞留する（長期放置や低外気温による冷媒移動のため）。そこで、いざ暖房運転をしようとしても、必要冷媒が冷媒ライン（コンデンサ１４やエバポレータ７ａ）に滞留していると充分な暖房性能が発揮できない。よって、エンジン初期起動時には、冷媒回収モードにして冷媒回収を行い、暖房に必要な冷媒量をアキュムレータ１８に確保するとよい。

次に、上記した本実施形態における車両用空調装置４の運転動作について説明する。

（通常の冷房運転）
エンジン３の始動後に冷房スイッチ２８からのＯＮ信号がコントロールユニット２６に入力されると、コントロールユニット２６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２６は三方電磁切換弁１３を作動制御して、この三方電磁切換弁１３により、圧縮機１１の冷媒出口と第１バイパス冷媒配管１９ａとの連通を遮断させると共に、圧縮機１１の冷媒出口とコンデンサ１４の冷媒入口を連通させる。

この後、コントロールユニット２６はヒータユニット８のドア駆動部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のドア駆動部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２６はブロワ６ａを作動制御して、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。

また、コントロールユニット２６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の冷媒配管１２ａに吐出する。この圧縮冷媒は、三方電磁切換弁１３を介してコンデンサ１４に供給されて、コンデンサ１４で冷却され、凝縮し液体冷媒（冷媒液）となる。この液体冷媒は、リキッドタンク１５に貯留された後、第２の冷媒配管１２ｂを介して膨張弁１６に供給されて膨張（減圧）される。

この減圧された液体冷媒は車室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、吸熱により膨張弁１６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の冷媒配管１２ｃ、第１逆止弁１７、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８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。

（外気温度が低い場合の暖房運転）
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のエンジン冷却水の水温が水温検出センサ２７で検出され、この水温検出センサ２７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２６に入力される。

この状態で、暖房スイッチ２９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２６に入力すると、コントロールユニット２６は，水温検出センサ２７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２６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１３を作動制御する。

この際、コントロールユニット２６は三方電磁切換弁１３を作動制御して、圧縮機１１の冷媒出口とコンデンサ１４の冷媒入口を遮断させると共に、圧縮機１１の冷媒出口と第１バイパス冷媒配管１９ａとを連通させる。この状態では、圧縮機１１を作動させても、冷媒がコンデンサ１４、リキッドタンク１５、膨張弁１６、エバポレータ７ａを流れることはない。

この後、コントロールユニット２６はヒータユニット８のドア駆動部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のドア駆動部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。

この状態で、コントロールユニット２６はブロワ６ａを作動制御して、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のエア通路、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のエア通路内を通過しても、空気がエバポレータ７ａで冷却されることはない。

また、コントロールユニット２６は圧縮機１１を作動制御して、冷媒ガスを圧縮させ、高温高圧の圧縮冷媒を第１の冷媒配管１２ａに吐出させる。この圧縮冷媒は、三方電磁切換弁１３、第１バイパス冷媒配管１９ａ、冷媒用熱交換器２０、第２バイパス冷媒配管１９ｂ、膨張器２１、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８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、冷媒用熱交換器２０で放熱され凝縮されて液体冷媒（気液二相）になった後、膨張器２１に供給される。この液体冷媒は、膨張器２１で膨張・減圧されて冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８を通り、圧縮機１１に戻される。

また、エンジン３のウォータジャケットからのエンジン冷却水は、水用熱交換器２４を途中に設けた第１の冷却水流路２３ａ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の冷却水流路２３ｂを介して、エンジン３のウォータジャケットに戻されて循環する。

これに伴い、前記圧縮冷媒が冷媒用熱交換器２０を流れる際に、冷媒用熱交換器２０と水用熱交換器２４との間で熱の授受を行い、水用熱交換器２４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。

そして、この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。

図４は、本実施形態の前記した外気温度が低い場合の暖房運転時における冷媒の相変化と圧力の関係（冷凍サイクル）の概略を示した図である。なお、横軸は比エンタルピー(ｈ)、縦軸は圧力(Ｐ)である。

図４において、Ａ→Ｂは、圧縮機１１による冷媒の状態変化、Ｂ→Ｃは、冷媒用熱交換器２０による冷媒の状態変化、Ｃ→Ａは、膨張器２１による冷媒の状態変化を示している。

このように、本実施形態の車両用空調装置４によれば、外気温度が低い場合におけるエンジン始動初期に車室内の暖房を行う際において、前記圧縮冷媒の熱を利用してエンジン３のウォータジャケットからヒータコア８ａ側に流れるエンジン冷却水の温度を短時間で高温度に上昇させ、加熱されたエンジン冷却水をヒータコア８ａに循環供給することで、外気温度が低い場合でもエンジン始動後に直にヒータコア８ａで暖められた空気で車室内の暖房を行うことが可能となる。

また、本実施形態の車両用空調装置４によれば、前記圧縮冷媒の熱を利用してエンジン３のウォータジャケットからヒータコア８ａ側に流れるエンジン冷却水を加熱させるための装置構成を複雑にすることなくシンプルに構成することができるので、重量増加とコスト上昇を最小限に抑えることができる。

〈実施形態２〉
図５は、本発明の実施形態２に係る車両用空調装置の構成を示す概略図である。なお、前記実施形態１の車両用空調装置と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明する。

図５に示すように、本発明の本実施形態の車両用空調装置４ａは、第４の冷媒配管１２ｄのアキュムレータ１８の下流側で、圧縮機１１の上流側に配設した第１内部熱交換器３０ａと、この第１内部熱交換器３０ａと互いに熱交換可能に一体的に接続された第２内部熱交換器３０ｂを備えている。本実施形態では、一体的に接続された第１内部熱交換器３０ａと第２内部熱交換器３０ｂとで第１の冷媒内部熱交換器３１が構成されている。

第２内部熱交換器３０ｂの冷媒入口は、三方電磁切換弁１３側にバイパス冷媒配管１９を介して接続され、第２内部熱交換器３０ｂの冷媒出口は、冷媒用熱交換器２０の冷媒入口側に第１バイパス冷媒配管１９ａを介して接続されている。他の構成は実施形態１の車両用空調装置と同様であり、重複する説明は省略する。

このように、本実施形態における第２の冷媒循環配管路９ｂは、冷媒の循環方向に沿って、圧縮機１１、第１の冷媒配管１２ａ、三方電磁切換弁１３、バイパス冷媒配管１９、第２の内部熱交換器３０ｂ、第１バイパス冷媒配管１９ａ、冷媒用熱交換器２０、第２バイパス冷媒配管１９ｂ、膨張器２１、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８、及び第１内部熱交換器３０ａを有する。

次に、上記した本実施形態における車両用空調装置４ａの運転動作について説明する。

（通常の冷房運転）
通常の冷房運転時の動作は実施形態１と同様であり、本実施形態では重複する説明は省略する。

（外気温度が低い場合の暖房運転）
本実施形態においても、実施形態１と同様に、第２の冷媒循環配管路９ｂを流れる圧縮冷媒は、冷媒用熱交換器２０で放熱され凝縮されて高温高圧の液体冷媒になった後、膨張器２１に供給される。この液体冷媒は、膨張器２１で膨張・減圧されて冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８、第１内部熱交換器３０ａを通して圧縮機１１に戻される。

また、エンジン３のウォータジャケットからのエンジン冷却水は、水用熱交換器２４を途中に設けた第１の冷却水流路２３ａ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の冷却水流路２３ｂを介して、エンジン３のウォータジャケットに戻されて循環する。

これに伴い、前記圧縮冷媒が冷媒用熱交換器２０を流れる際に、冷媒用熱交換器２０と水用熱交換器２４との間で熱の授受を行い、水用熱交換器２４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。そして、この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。

また、膨張器２１で膨張・減圧されて得られた冷媒ガスは、アキュムレータ１８を通過後に第１内部熱交換器３０ａに流入する。第１内部熱交換器３０ａに流入した冷媒ガスは、第２内部熱交換器３０ｂを流れる圧縮機１１で圧縮された高温高圧の圧縮冷媒（冷媒ガス）から熱を吸収することで、過熱度を維持することができる。

図６は、本実施形態の前記した外気温度が低い場合の暖房運転時における冷媒の相変化と圧力の関係（冷凍サイクル）の概略を示した図である。なお、横軸は比エンタルピー(ｈ)、縦軸は圧力(Ｐ)である。

図６において、Ａ→Ｂは、圧縮機１１による冷媒の状態変化、Ｂ→Ｃは、第２内部熱交換器３０ｂ（ａ１で示した領域）と冷媒用熱交換器２０（ａ２で示した領域）による冷媒の状態変化、Ｃ→Ｄは、膨張器２１による冷媒の状態変化、Ｄ→Ａは、第１内部熱交換器３０ａ（ａ３で示した領域）による冷媒の状態変化を示している。

このように、本実施形態の車両用空調装置４ａにおいても、前記した実施形態１の車両用空調装置４と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態の車両用空調装置４ａは、アキュムレータ１８の下流側に配設した第１内部熱交換器３０ａと、この第１内部熱交換器３０ａと互いに熱交換可能に一体的に接続された第２内部熱交換器３０ｂを備えている。これにより、第１内部熱交換器３０ａに流入した低温低圧の冷媒ガスは、第２内部熱交換器３０ｂを流れる圧縮機１１で圧縮された高温高圧の圧縮冷媒（冷媒ガス）から熱を吸収することで過熱度を維持できるので、外気温度が低くてエンジン起動時にエンジン冷却水の温度が低い場合等においても、第２の冷媒循環配管路９ｂを循環する冷媒の冷凍サイクルをより安定化させることができる。

〈実施形態３〉
図７は、本発明の実施形態３に係る車両用空調装置の構成を示す概略図である。なお、前記実施形態１、２の車両用空調装置と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明する。

図７に示すように、本実施形態の車両用空調装置４ｂでは、膨張器２１の下流側にアキュムレータを設けていなく、膨張器２１で膨張・減圧されて得られた冷媒ガスがそのまま第１内部熱交換器３０ａに流入するようにした構成である。本実施形態においても、一体的に接続された第１内部熱交換器３０ａと第２内部熱交換器３０ｂとで第１の冷媒内部熱交換器３１が構成されている。他の構成は実施形態１の車両用空調装置と同様であり、重複する説明は省略する。

実施形態２で述べたように、外気温度が低い場合の暖房運転時において、第１内部熱交換器３０ａに流入した冷媒ガスは、第２内部熱交換器３０ｂを流れる圧縮機１１で圧縮された高温高圧の圧縮冷媒（冷媒ガス）から熱を吸収することで、過熱度を維持することができる。よって、アキュムレータを設けていなくても、図８に示すように、安定した冷凍サイクルを構成することができる。

なお、図８において、Ａ→Ｂは、圧縮機１１による冷媒の状態変化、Ｂ→Ｃは、第２内部熱交換器３０ｂ（ａ１で示した領域）と冷媒用熱交換器２０（ａ２で示した領域）による冷媒の状態変化、Ｃ→Ｄは、膨張器２１による冷媒の状態変化、Ｄ→Ａは、第１内部熱交換器３０ａ（ａ３で示した領域）による冷媒の状態変化を示している。このように、アキュムレータを設けていない本実施形態においも、図６に示した実施形態２の冷凍サイクルと略同じような安定した冷凍サイクルを構成することができる。

〈実施形態４〉
図９は、本発明の実施形態４に係る車両用空調装置の構成を示す概略図である。なお、前記実施形態１、２の車両用空調装置と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明する。

図９に示すように、本発明の本実施形態の車両用空調装置４ｃは、第４の冷媒配管１２ｄのアキュムレータ１８の下流側で、圧縮機１１の上流側に配設した第１内部熱交換器３０ａと、この第１内部熱交換器３０ａと互いに熱交換可能に一体的に接続された第２内部熱交換器３０ｂを備えている。本実施形態では、一体的に接続された第１内部熱交換器３０ａと第２内部熱交換器３０ｂとで第２の冷媒内部熱交換器３２が構成されている。

第２内部熱交換器３０ｂの冷媒入口は、冷媒用熱交換器２０の冷媒出口側に第２バイパス冷媒配管１９ｂを介して接続され、第２内部熱交換器３０ｂの冷媒出口は、膨張器２１の冷媒入口側にバイパス冷媒配管１９ｂ１を介して接続されている。他の構成は実施形態２の車両用空調装置と同様であり、重複する説明は省略する。

このように、本実施形態における第２の冷媒循環配管路９ｂは、冷媒の循環方向に沿って、圧縮機１１、第１の冷媒配管１２ａ、三方電磁切換弁１３、第１バイパス冷媒配管１９ａ、冷媒用熱交換器２０、第２バイパス冷媒配管１９ｂ、第２内部熱交換器３０ｂ、バイパス冷媒配管１９ｂ１、膨張器２１、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８、及び第１内部熱交換器３０ａを有する。

次に、上記した本実施形態における車両用空調装置４ｃの運転動作について説明する。

（通常の冷房運転）
通常の冷房運転時の動作は実施形態１と同様であり、本実施形態では重複する説明は省略する。

（外気温度が低い場合の暖房運転）
本実施形態では、第２の冷媒循環配管路９ｂの第１バイパス冷媒配管１９ａを流れる圧縮冷媒は、冷媒用熱交換器２０で放熱され凝縮されて液体冷媒になった後、第２バイパス冷媒配管１９ｂ、第２内部熱交換器３０ｂ、バイパス冷媒配管１９ｂ１を通して膨張器２１に供給される。この液体冷媒は、膨張器２１で膨張・減圧されて冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、第３バイパス冷媒配管１９ｃ、第２逆止弁２２、第４の冷媒配管１２ｄ、アキュムレータ１８、第１内部熱交換器３０ａを通して圧縮機１１に戻される。

また、エンジン３のウォータジャケットからのエンジン冷却水は、水用熱交換器２４を途中に設けた第１の冷却水流路２３ａ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の冷却水流路２３ｂを介して、エンジン３のウォータジャケットに戻されて循環する。

これに伴い、前記圧縮冷媒が冷媒用熱交換器２０を流れる際に、冷媒用熱交換器２０と水用熱交換器２４との間で熱の授受を行い、水用熱交換器２４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。そして、この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。

また、膨張器２１で膨張・減圧されて得られた低温低圧の冷媒ガスは、アキュムレータ１８を通過後に第１内部熱交換器３０ａに流入する。第１内部熱交換器３０ａに流入した冷媒ガスは、第２内部熱交換器３０ｂを流れる冷媒用熱交換器２０で放熱され凝縮された高温高圧の液体冷媒から熱を吸収することで、過熱度を維持することができる。

図１０は、本実施形態の前記した外気温度が低い場合の暖房運転時における冷媒の相変化と圧力の関係（冷凍サイクル）の概略を示した図である。なお、横軸は比エンタルピー(ｈ)、縦軸は圧力(Ｐ)である。

図１０において、Ａ→Ｂは、圧縮機１１による冷媒の状態変化、Ｂ→Ｃは、冷媒用熱交換器２０（ａ２で示した領域）による冷媒の状態変化と第２内部熱交換器３０ｂ（ａ１で示した領域）による冷媒の状態変化、Ｃ→Ｄは、膨張器２１による冷媒の状態変化、Ｄ→Ａは、第２内部熱交換器３０ｂ（ａ１で示した領域）による冷媒の状態変化を示している。

このように、本実施形態の車両用空調装置４ｃにおいても、前記した実施形態１の車両用空調装置４と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態の車両用空調装置４ｃは、アキュムレータ１８の下流側に配設した第１内部熱交換器３０ａと、この第１内部熱交換器３０ａと互いに熱交換可能に一体的に接続された第２内部熱交換器３０ｂを備えている。これにより、第１内部熱交換器３０ａに流入した冷媒ガスは、第２内部熱交換器３０ｂを流れる冷媒用熱交換器２０で放熱され凝縮された高温高圧の液体冷媒から熱を吸収することで過熱度を維持できるので、外気温度が低くてエンジン起動時にエンジン冷却水の温度が低い場合等においても、第２の冷媒循環配管路９ｂを循環する冷媒の冷凍サイクルをより安定化させることができる。

１ 車室
３ エンジン
４、４ａ，４ｂ，４ｃ 車両用空調装置
５ 空調ユニット
７ａ エバポレータ
８ａ ヒータコア
９ 冷媒循環配管路
９ａ 第１の冷媒循環配管路
９ｂ 第２の冷媒循環配管路
１０ 暖房用冷却水循環配管路
１１ 圧縮機
１３ 三方電磁切換弁（切換え手段）
１４ コンデンサ
１６ 膨張弁（第１の冷媒減圧手段）
１８ アキュムレータ
２０ 冷媒用熱交換器
２１ 膨張器（第２の冷媒減圧手段）
２３ 冷却水循環流路
２４ 水用熱交換器
２５ 水−冷媒熱交換器
３０ａ 第１内部熱交換器
３０ｂ 第２内部熱交換器
３１ 第１の冷媒内部熱交換器（冷媒内部熱交換器）
３２ 第２の冷媒内部熱交換器（冷媒内部熱交換器）

Claims (4)

1. 冷媒を、圧縮機、車室外の冷媒凝縮用のコンデンサ、第１の冷媒減圧手段、車室内の空気冷却及び液体冷媒蒸発用のエバポレータを介して前記圧縮機に戻して循環させる冷媒循環配管路と、
   エンジン冷却水を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、
   前記冷媒の循環方向に沿って前記冷媒循環配管路の前記圧縮機と前記コンデンサとの間の流路に設けた、前記冷媒の流路方向を切り換える切換え手段と、
   前記流路切換え手段から前記コンデンサ、前記第１の冷媒減圧手段、前記エバポレータを迂回するようにして、前記圧縮機を結ぶ流路に接続されたバイパス流路と、
   前記切換え手段による流路方向の切り換えにより、前記バイパス流路を流れる前記圧縮機から吐出されたガス状の冷媒と、前記暖房用冷却水循環回路の前記ヒータコア側に流入する前記エンジン冷却水との間で熱交換する水−冷媒熱交換器と、
   前記冷媒の循環方向に沿って前記バイパス流路の前記水−冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の流路に設けた、前記水−冷媒熱交換器での熱交換により凝縮された気液二相冷媒を減圧してガス状の冷媒に相変化させる第２の冷媒減圧手段とを備えたことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記切換え手段による流路方向の切り換えにより、前記圧縮機から吐出されて前記バイパス流路の前記水−冷媒熱交換器の上流側を流れる冷媒と前記第２の冷媒減圧手段により減圧されて相変化された冷媒との間で熱交換する冷媒内部熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記切換え手段による流路方向の切り換えにより、前記圧縮機から吐出されたガス状の冷媒を前記バイパス流路の前記水−冷媒熱交換器での熱交換により凝縮し、該水−冷媒熱交換器の下流側から流れる冷媒と前記第２の冷媒減圧手段により減圧されて相変化された冷媒との間で熱交換する冷媒内部熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
4. 前記冷媒循環配管路の前記第２の冷媒減圧手段と前記圧縮機との間にアキュムレータを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。

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