JP2011235857A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの排熱を利用して空調用空気の温度を調整する際に電力消費を小さく抑えることができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】車両用空調装置１５は、ヒートポンプ循環路２１から分岐された温水ヒート吸熱路４５と、エンジン１１の熱が貯えられた冷却水が導かれる温水吸熱器４７と、温水吸熱器４７に冷媒を送る冷媒ポンプ４６とを備えている。そして、冷媒ポンプ４６で温水吸熱器４７に冷媒を送り、送られた冷媒およびエンジン１１の熱が貯えられた冷却水間で熱交換をおこない、熱交換で加熱された冷媒をヒータ２３に導くように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に備えて車室内に空調用空気を吹き出すことにより車室内の空調をおこなう車両用空調装置に関する。

近年、車両の省燃費化などの観点から、エンジンを駆動して走行する状態と、モータを駆動して走行する状態とを選択可能な、いわゆるハイブリッド自動車が採用されている。
ハイブリッド自動車に備えられた車両用空調装置のなかには、エンジン駆動時にエンジンの排熱で空調用の冷媒を加熱し、エンジン停止時に圧縮機で空調用の冷媒を加熱するように切り替えるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１の車両用空調装置は、冷媒の循環路に圧縮機を設け、圧縮機で冷媒を循環させるように構成されている。そして、エンジン駆動時において、エンジンの排熱で循環中の冷媒を加熱し、加熱した冷媒で空調用空気の温度を調整することができる。
一方、エンジン停止時において、圧縮機で冷媒を加熱し、加熱した冷媒で空調用空気の温度を調整することができる。
このように、エンジン駆動時にエンジンの排熱を利用して冷媒を加熱することで電力消費を抑えることが可能になる。

特開２００８−３０８０８０号公報

ところで、特許文献１の車両用空調装置は、エンジンの排熱で冷媒を加熱する際に圧縮機で冷媒を循環させるように構成されている。
このように、圧縮機で冷媒を循環するため、冷媒が圧縮機で圧縮されて圧縮機を駆動する際の負荷が大きくなる。
このため、圧縮機の駆動に比較的大きな電力消費が必要となり、この観点から改良の余地が残されていた。

本発明は、エンジンの排熱を利用して空調用空気の温度を調整する際に電力消費を小さく抑えることができる車両用空調装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、圧縮機により冷媒を循環させるヒートポンプ循環路に設けられ、前記圧縮機から導かれた前記冷媒および空調用空気間で熱交換をおこなうヒータと、前記ヒータの下流側に設けられ、前記冷媒および外気間で熱交換をおこなうコンデンサと、前記コンデンサまたは前記ヒータから導かれた前記冷媒を膨張減圧する膨張弁と、前記膨張弁から導かれた前記冷媒および前記ヒータを通過する前の空調用空気間で熱交換をおこなうエバポレータと、を備えた車両用空調装置において、前記ヒートポンプ循環路から分岐された温水ヒート吸熱路と、前記温水ヒート吸熱路に設けられ、車両のエンジンを冷却することで前記エンジンの熱が貯えられた冷却水が導かれる温水吸熱器と、前記温水吸熱器に前記冷媒を送る冷媒ポンプと、を備え、前記冷媒ポンプで前記温水吸熱器に前記冷媒を送り、送られた冷媒および前記エンジンの熱が貯えられた冷却水間で熱交換をおこない、熱交換で加熱された冷媒を前記ヒータに導くことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記ヒートポンプ循環路から分岐された分岐路と、前記分岐路に設けられ、車両の内外から導かれて前記冷媒よりも高温の熱媒体および前記冷媒間で熱交換をおこなう熱交換器と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ヒートポンプ循環路から分岐された温水ヒート循環路に温水吸熱器および冷媒ポンプを設けた。
そして、エンジンの作動中に、冷媒ポンプで温水吸熱器に冷媒を送るようにした。よって、温水吸熱器に送られた冷媒を、エンジンの排熱が貯えられた冷却水（すなわち、エンジンの排熱で加熱された冷却水）で加熱し、加熱した冷媒をヒータに導くようにした。

このように、エンジンの排熱を利用して冷媒を加熱することで、冷媒を加熱するために圧縮機を用いて冷媒を圧縮する必要がなく、通常の冷媒ポンプを用いることができる。
この冷媒ポンプで冷媒を送る場合、冷媒の圧縮状態を圧縮機と比較して低く抑えることができる。

よって、冷媒ポンプを駆動する際の負荷を、圧縮機を駆動する際の負荷と比較して小さく抑えることができる。
これにより、エンジンの排熱を利用して空調用空気の温度を調整する際に電力消費を小さく抑えることができる。

請求項２に係る発明では、ヒートポンプ循環路から分岐路を分岐し、分岐路に熱交換器を設けた。そして、熱交換器で、車両の内外から導かれて冷媒よりも高温の熱媒体および冷媒間で熱交換をおこなうようにした。
よって、冷媒よりも高温の熱媒体および冷媒間で熱交換をおこなうことで、熱媒体の熱を冷媒に放熱して冷媒を加熱することができる。
このように、冷媒よりも高温の熱媒体の熱を用いて冷媒を加熱することで、冷媒よりも高温の熱媒体の熱を有効に利用することができ、車両用空調装置による車室内の暖房効果を一層高めることができる。

本発明に係る車両用空調装置を示す概念図である。 図１の車両用空調装置を車両との関係で示す概略図である。 図１のヒートポンプ空調系を用いて車室内を冷房状態に調整する例を説明する図である。 図３の冷房状態に調整する例を示すモリエル線図である。 図１のヒートポンプ空調系を用いて車室内を暖房状態に調整する例を説明する図である。 図５の暖房状態に調整する例を示すモリエル線図である。 図１のヒートポンプ空調系を用いて車室内を除湿暖房状態に調整する例を説明する図である。 図７の除湿暖房状態に調整する例を示すモリエル線図である。 図１のエンジン排熱空調系を用いて車室内を暖房状態に調整する例を説明する図である。 図９の暖房状態に調整する例を示すモリエル線図である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例に係る車両用空調装置１５について説明する。
図１、図２に示すように、車両１０は、駆動源として設けられたエンジン１１およびモータと、モータに電圧を供給する二次電池（または、二次電池や燃料電池など）と、車室１３内を空調可能な車両用空調装置１５とを備えている。
この車両１０は、エンジン１１を駆動して走行する状態と、モータを駆動して走行する状態とを選択可能な、いわゆるハイブリッド自動車である。

車両用空調装置１５は、エンジン１１の駆動による走行中や、モータの駆動による走行中に、車室１３内の冷・暖房状態を調整可能なエアコンディショナユニット（エアコンユニット）である。

この車両用空調装置１５は、ヒートポンプを利用して空調用空気６５（図３、図５、図７および図９参照）を調整可能なヒートポンプ空調系１６と、エンジン１１の排熱を利用して空調用空気６５を調整可能なエンジン排熱空調系１７と、エンジン排熱空調系１７やヒートポンプ空調系１６の冷媒を回収可能な冷媒回収系１８とを備えている。

ヒートポンプ空調系１６は、ヒートポンプ空調系１６において冷媒の循環路を形成するヒートポンプ循環路２１と、ヒートポンプ循環路２１に設けられて冷媒を循環させる圧縮機（コンプレッサ）２２とを備えている。

さらに、ヒートポンプ空調系１６は、圧縮機２２の下流側に設けられたヒータ２３と、ヒータ２３の下流側に設けられたレシーバタンク２４と、レシーバタンク２４の下流側に設けられたサブクーラ２５と、サブクーラ２５の下流側に設けられた中間絞り弁２６と、ヒータ２３の下流側に設けられたコンデンサ２７と、コンデンサ２７および中間絞り弁２６の下流側に設けられた膨張弁２８と、膨張弁２８の下流側に設けられたエバポレータ３１とを備えている。

加えて、ヒートポンプ空調系１６は、膨張弁２８の下流側に設けられた分岐路３２と、分岐路３２に設けられた熱交換器３３とを備えている。

また、ヒートポンプ空調系１６は、ヒートポンプ循環路２１のうち、サブクーラ２５および中間絞り弁２６間に設けられた第１電磁弁（開閉弁）３５と、ヒータ２３およびコンデンサ２７間に設けられた第２電磁弁（開閉弁）３６と、中間絞り弁２６および膨張弁２８間に設けられた第１逆止弁３７と、コンデンサ２７および膨張弁２８間に設けられた第２逆止弁３８と、エバポレータ３１のインレット３１ａおよびアウトレット３１ｂ間に設けられた第３電磁弁（開閉弁）４１と、膨張弁２８の下流側に設けられた第４電磁弁（開閉弁）４２とを備えている。

圧縮機２２は、ヒートポンプ循環路２１内の冷媒を圧縮して高温に加熱し、高温で気体状の冷媒をヒータ２３に送るものである。
ヒータ２３は、ヒートポンプ循環路２１に設けられ、圧縮機２２から導かれた加熱状態の冷媒および空調用空気６５（図５、図７および図９参照）間で熱交換をおこなうことで空調用空気６５を加熱する機能を備えている。
空調用空気６５を冷媒で加熱することで冷媒の熱が奪われて冷媒が液化（凝縮）する。

ヒータ２３およびエバポレータ３１間にダンパ６２が設けられている。
ダンパ６２は、支軸６２ａを軸にしてスイング移動（揺動）可能に支持されている。
ダンパ６２を揺動することで、エバポレータ３１を通過した空調用空気６５の流路を、ヒータ２３やサブクーラ２５に案内する流路（図５、図７および図９参照）と、ヒータ２３やサブクーラ２５を回避する流路（図３参照）とに変えることができる。

レシーバタンク２４は、ヒートポンプ循環路２１に設けられ、ヒータ２３から導かれた冷媒を受け入れるタンクである。
このレシーバタンク２４は、ヒータ２３から導かれた冷媒から塵埃を除去（分離）するとともに気化状態の冷媒を除去（分離）して液体状の冷媒を取り出すものである。

サブクーラ２５は、ヒートポンプ循環路２１に設けられ、ヒータ２３を通過する前の空調用空気６５（図５、図７および図９参照）を加熱する機能を備えている。
すなわち、サブクーラ２５にレシーバタンク２４から冷媒が導かれ、導かれた冷媒および空調用空気６５間で熱交換をおこなうことで、ヒータ２３で加熱する前の空調用空気６５を予熱する。

中間絞り弁２６は、ヒートポンプ循環路２１においてサブクーラ２５の下流側に設けられている。
この中間絞り弁２６は、中間絞り弁２６の開度を調整することにより、膨張弁２８の調整範囲を超えた絞り量を可能とする。

コンデンサ２７は、ヒートポンプ循環路２１に設けられ、ヒータ２３を経た加熱状態の冷媒が導かれるとともに、外部から導入された外気６６（図３参照）が通過するように構成されている。
このコンデンサ２７によれば、ヒータ２３から導かれた加熱状態の冷媒および外気６６間で熱交換をおこなうことで冷媒を冷却することができる。

膨張弁２８は、コンデンサ２７から導かれた冷媒を膨張減圧してエバポレータ３１に導くことが可能で、また、サブクーラ２５から導かれた冷媒を膨張減圧して熱交換器３３に導くことが可能な弁である。

エバポレータ３１は、ヒートポンプ循環路２１に設けられ、膨張弁２８から導かれた冷媒および空調用空気６５（図３および図７参照）間で熱交換をおこなうことで、空調用空気６５を冷却するとともに空調用空気６５の水分を除去（分離）する機能を備えている。
空調用空気６５を冷却することで冷媒が加熱される。

さらに、エバポレータ３１は、熱交換器３３から導かれた冷媒および空調用空気６５間で熱交換をおこなうことで、空調用空気６５を冷却するとともに空調用空気６５の水分を除去（分離）する機能を備えている。
空調用空気６５を冷却することで冷媒が加熱される。
ここで、エバポレータ３１を通過する空調用空気６５は、サブクーラ２５を通過する前の空調用空気である。

分岐路３２は、膨張弁２８およびエバポレータ３１間に連通されることにより、ヒートポンプ循環路２１から分岐されて冷媒を導入可能な流路である。

熱交換器３３は、分岐路３２に設けられるとともに、車室１３内の室内空気（車両１０の内外から導かれて冷媒よりも高温の熱媒体）６７（図５および図７参照）が通過可能に構成され、室内空気６７および冷媒間で熱交換をおこなうことで冷媒を加熱する機能を備えたエバポレータである。
ここで、室内空気６７は、例えば、車室１３内にヒータ２３から空調用空気６５（図５、図７および図９参照）を吹き出すことにより冷媒より高い温度に保たれている。
よって、熱交換器３３において室内空気６７および冷媒間で熱交換をおこなうことで冷媒を加熱することができる。

エンジン排熱空調系１７は、ヒートポンプ循環路２１に連通された温水ヒート吸熱路４５と、温水ヒート吸熱路４５に設けられた冷媒ポンプ４６と、冷媒ポンプ４６の下流側に設けられた温水吸熱器４７とを備えている。

温水ヒート吸熱路４５は、サブクーラ２５の下流側に一端が連通されるとともに、ヒータ２３の上流側に他端が連通されることにより、ヒートポンプ循環路２１から分岐されて冷媒を導入可能な流路である。
温水ヒート吸熱路４５およびヒートポンプ循環路２１の一部流路２１ａで温水ヒート循環路４４を形成する。
ヒートポンプ循環路２１の一部循環路２１ａには、ヒータ２３、レシーバタンク２４およびサブクーラ２５が含まれている。

冷媒ポンプ４６は、温水ヒート循環路４４内の冷媒を循環させて温水吸熱器４７に送る冷媒用のポンプであり、一例としてギヤポンプが用いられる。
この冷媒ポンプ４６は、圧縮機２２のように冷媒を圧縮させて高温に加熱する機能を備えていない。
よって、冷媒ポンプ４６を駆動する際の負荷を、圧縮機２２を駆動する際の負荷と比較して小さく抑えることができる。

温水吸熱器４７は、温水ヒート吸熱路４５に設けられ冷媒が導かれるとともに、エンジン１１の冷却水が導かれるように構成されている。
エンジン１１の冷却水は、車両１０のエンジン１１を冷却することで、エンジン１１の排熱が貯えられて温水になるように加熱されている。
この温水吸熱器４７は、冷却水（温水）および冷媒間で熱交換をおこなうことで冷媒を加熱する機能を備えている。

よって、エンジン１１の作動中に、冷媒ポンプ４６を駆動して温水吸熱器４７に冷媒を送り、送られた冷媒を冷却水（温水）で加熱し、加熱した冷媒をヒータ２３に導くことができる。
これにより、前述したように、冷媒ポンプ４６で冷媒を送る際に、圧縮機２２のように冷媒を圧縮させて高温に加熱する必要がない。
したがって、冷媒ポンプ４６を駆動する際の負荷を、圧縮機２２を駆動する際の負荷と比較して小さく抑えることができる。

また、エンジン排熱空調系１７は、温水ヒート吸熱路４５のうち、サブクーラ２５および冷媒ポンプ４６間に設けられた第５電磁弁（開閉弁）５１と、温水吸熱器４７およびヒータ２３間に設けられた第３逆止弁５２とを備えている。

冷媒回収系１８は、エンジン排熱空調系１７やヒートポンプ空調系１６に連通された冷媒回収流路５５と、冷媒回収流路５５に設けられた第６、第７の電磁弁（開閉弁）５６，５７および第４逆止弁５８とを備えている。

車両用空調装置１５に冷媒回収系１８を備えた理由は以下の通りである。
すなわち、例えば、電磁弁の切り替えによりコンデンサ２７や温水吸熱器４７などに冷媒（液冷媒）が閉じ込められた状態（いわゆる、冷媒寝込み状態）になることが考えられる。
そこで、エンジン排熱空調系１７やヒートポンプ空調系１６に冷媒回収系１８を設け、第６、第７の電磁弁（開閉弁）５６，５７を操作することで、冷媒寝込み状態の冷媒を作動回路内に循環させるようにした。

つぎに、車両用空調装置１５で車室１３内の冷・暖房状態を調整する例を図３〜図１０に基づいて説明する。
なお、図４、図６、図８および図１０に示すモリエル（ｐ−ｈ）線図は冷媒の状態を示すグラフである。
各モリエル線図は、縦軸に「冷媒の圧力」を示し、横軸に「比エンタルピ（冷媒の熱量）を示す。各モリエル線図において、グラフ７５は飽和液線、グラフ７６は飽和蒸気線、点７７は臨界点を示す。
比エンタルピとは、冷媒の単位質量当たりのエンタルピをいう。

まず、車両１０をエンジン１１（図２参照）で走行させる場合や、モータで走行させる場合にヒートポンプ空調系１６を用いて車室１３内を冷房状態に調整する例を図３、図４に基づいて説明する。
図３に示すように、車両用空調装置１５が冷房状態に切り替えられることにより、第１電磁弁３５および第３電磁弁４１を閉じるとともに、第５電磁弁５１（図１参照）を閉じた状態に保つ。
一方、第２電磁弁３６を開くことにより、ヒータ２３のアウトレット２３ａおよびコンデンサ２７のインレット２７ａを連通した状態に保つ。
この状態において、圧縮機２２を通電して駆動させる。

圧縮機２２を駆動することで、ヒートポンプ循環路２１内の冷媒が圧縮機２２で圧縮されて冷媒が高温に加熱される。
ここで、圧縮機２２で冷媒を圧縮することで、図４に示すように、冷媒が状態Ａ１から状態Ｂ１に変化する。
すなわち、冷媒が圧縮されて、冷媒が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に上昇する（高くなる）。
このように、圧縮機２２で冷媒を圧縮する際の冷媒の圧力上昇は、
圧力上昇Δ１＝Ｐ２−Ｐ１
である。

図３に示すように、気体の状態でヒータ２３に導かれた冷媒（加熱状態の冷媒）はヒータ２３のアウトレット２３ａから流出し、第２電磁弁３６を経てコンデンサ２７に導かれる。
ここで、外部から導入された外気６６がコンデンサ２７を通過している。
よって、コンデンサ２７に加熱状態の冷媒が導かれることで、加熱状態の冷媒および外気６６間で熱交換がおこなわれ、外気６６で冷媒を冷却して液化（凝縮）する。
コンデンサ２７で冷媒を冷却することで、図４に示すように、冷媒が状態Ｂ１から状態Ｃ１に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ１減少する。

図３に示すように、液化された冷媒は、コンデンサ２７のアウトレット２７ｂから第２逆止弁３８を経て膨張弁２８に導かれる。
膨張弁２８に導かれた冷媒は、膨張弁２８で膨張減圧され、膨張減圧された冷媒が第４電磁弁４２を経てエバポレータ３１に導かれる。
膨張弁２８で冷媒を膨張減圧することで、図４に示すように、冷媒が状態Ｃ１から状態Ｄ１に変化する。
すなわち、冷媒が膨張減圧されて冷媒の圧力が圧力Ｐ２から圧力Ｐ１に下降する（低くなる）。

図３に示すように、膨張減圧された冷媒がエバポレータ３１に導かれるとともに、空調用空気６５がエバポレータ３１を通過している。
よって、冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、空調用空気６５を冷却するとともに冷媒を加熱する。

エバポレータ３１で冷媒を加熱することで、図４に示すように、冷媒が状態Ｄ１から状態Ａ１に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ２増加する。
図３に示すように、比エンタルピＱ２増加した冷媒は、エバポレータ３１のアウトレット３１ａから膨張弁２８を経て圧縮機２２に戻される。

このように、エバポレータ３１を空調用空気６５が通過することで、通過する空調用空気６５をエバポレータ３１で冷却する。
また、空調用空気６５がエバポレータ３１を通過する際に、空調用空気６５の水分をエバポレータ３１で除去（分離）する。

エバポレータ３１で冷却されるとともに水分が除去（分離）された空調用空気６５は、ヒータ２３およびサブクーラ２５を回避して車室１３内に吹き出される。
これにより、車両１０をエンジン１１（図２参照）で走行させる場合や、モータで走行させる場合に車両用空調装置１５で車室１３（図２も参照）内を冷房状態に調整できる。

ところで、ヒートポンプ空調系１６を用いて車室１３内を冷房状態に調整する際に、冷媒回収系１８に冷媒を導いてエンジン排熱空調系１７（図１参照）の冷媒寝込み状態の冷媒を円滑に循環させることができる。
具体的には、冷媒回収系１８の第６電磁弁５６を開けて、第７電磁弁５７を閉じることで、温水吸熱器４７（図１参照）に残った冷媒（液冷媒）を第６電磁弁５６および第４逆止弁５８を経て圧縮機２２に戻すことができる。
よって、冷房サイクル内の冷媒を不足なく循環させることができる。

つぎに、車両１０をモータで走行させる場合にヒートポンプ空調系１６を用いて車室１３内を暖房状態に調整する例を図５、図６に基づいて説明する。
図５に示すように、車両用空調装置１５が暖房状態に切り替えられることにより、第２電磁弁３６および第４電磁弁４２を閉じるとともに、第５電磁弁５１（図１参照）を閉じた状態に保つ。
一方、第１電磁弁３５を開くことにより、サブクーラ２５のアウトレット２５ａおよび中間絞り弁２６を連通した状態に保つ。
この状態において、圧縮機２２を通電して駆動させる。

圧縮機２２を駆動することで、ヒートポンプ循環路２１内の冷媒が圧縮機２２で圧縮されて高温に加熱される。
ここで、圧縮機２２で冷媒を圧縮することで、図６に示すように、冷媒が状態Ａ２から状態Ｂ２に変化する。
すなわち、冷媒が圧縮されて、冷媒が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に上昇する（高くなる）。
このように、圧縮機２２で冷媒を圧縮する際の冷媒の圧力上昇は、
圧力上昇Δ１＝Ｐ２−Ｐ１
である。

図５に示すように、冷媒が気体の状態でヒータ２３に導かれるとともに、空調用空気６５がヒータ２３を通過している。
この空調用空気６５は、エバポレータ３１を通過した空気である。
ヒータ２３に導かれた冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、空調用空気６５を加熱するとともに冷媒を冷却する。

ヒータ２３で冷媒を冷却することで、図６に示すように、冷媒が状態Ｂ２から状態ＢＣ２に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ３減少する。
図５に示すように、比エンタルピＱ３減少した冷媒は、レシーバタンク２４に導かれる。レシーバタンク２４に導かれた冷媒から塵埃や気化状態の冷媒が除去（分離）され、レシーバタンク２４から液体状の冷媒のみを取り出す。
レシーバタンク２４から取り出された冷媒はサブクーラ２５に導かれる。

冷媒がサブクーラ２５に導かれるとともに、ヒータ２３を通過する前の空調用空気６５がサブクーラ２５を通過している。
よって、冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、ヒータ２３を通過する前の空調用空気６５を予熱する。

サブクーラ２５で冷媒を冷却することで、図６に示すように、冷媒が状態ＢＣ２から状態Ｃ２に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ４減少する。
図５に示すように、比エンタルピＱ４減少した冷媒は、第１電磁弁３５を経て中間絞り弁２６に導かれる。
中間絞り弁２６に導かれた冷媒は第１逆止弁３７を経て膨張弁２８に導かれる。

膨張弁２８に導かれた冷媒は、膨張弁２８で膨張減圧され、膨張減圧された冷媒が分岐路３２を経て熱交換器３３に導かれる。
中間絞り弁２６および膨張弁２８で冷媒を膨張減圧することで、図６に示すように、冷媒が状態Ｃ２から状態Ｄ２に変化する。
すなわち、冷媒が膨張減圧されて冷媒の圧力が圧力Ｐ２から圧力Ｐ１に下降する（低くなる）。

図５に示すように、膨張減圧された冷媒が熱交換器３３に導かれるとともに、車室１３内の室内空気（熱媒体）６７が熱交換器３３を通過している。
室内空気６７は、例えば、車室１３内にヒータ２３から空調用空気６５を吹き出すことにより冷媒より高い温度に保たれている。
よって、冷媒および室内空気６７間で熱交換がおこなわれ、室内空気６７の熱で冷媒を加熱する。

熱交換器３３で冷媒を加熱することで、図６に示すように、冷媒が状態Ｄ２から状態Ａ２に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ５増加する。
図５に示すように、比エンタルピＱ５増加した冷媒は、第３電磁弁４１および膨張弁２８を経て圧縮機２２に戻される。

このように、室内空気６７の熱を用いて冷媒を加熱することで（室内空気６７の熱を冷媒に還元することで）、室内空気６７の熱を有効に利用することができる。
室内空気６７の熱を有効に利用することにより、車両用空調装置１５による車室１３内の暖房効果を一層高めることができる。

ついで、車両１０をモータで走行させる場合にヒートポンプ空調系１６を用いて車室１３内を除湿暖房状態に調整する例を図７、図８に基づいて説明する。
図７に示すように、車両用空調装置１５が除湿暖房状態に切り替えられることにより、図５の暖房状態に加えて、エバポレータ３１を冷媒で冷却するように第３電磁弁４１を閉じた状態に保つ。

すなわち、車両用空調装置１５で車室１３内を除湿暖房状態に調整する際には、第２電磁弁３６、第３電磁弁４１および第４電磁弁４２を閉じるとともに、第５電磁弁５１（図１参照）を閉じた状態に保つ。
一方、第１電磁弁３５を開くことにより、サブクーラ２５のアウトレット２５ａおよび中間絞り弁２６を連通した状態に保つ。
この状態において、圧縮機２２を通電して駆動させる。

圧縮機２２を駆動することで、ヒートポンプ循環路２１内の冷媒が圧縮機２２で圧縮されて高温に加熱される。
ここで、圧縮機２２で冷媒を圧縮することで、図８に示すように、冷媒が状態Ａ３から状態Ｂ３に変化する。
すなわち、冷媒が圧縮されて、冷媒が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に上昇する（高くなる）。
このように、圧縮機２２で冷媒を圧縮する際の冷媒の圧力上昇は、
圧力上昇Δ１＝Ｐ２−Ｐ１
である。

図７に示すように、冷媒が気体の状態でヒータ２３に導かれるとともに、空調用空気６５がヒータ２３を通過している。
この空調用空気６５は、エバポレータ３１を通過した空気である。
ヒータ２３に導かれた冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、空調用空気６５を加熱するとともに冷媒を冷却する。

ヒータ２３で冷媒を冷却することで、図８に示すように、冷媒が状態Ｂ３から状態ＢＣ３に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ６減少する。
図７に示すように、比エンタルピＱ６減少した冷媒は、レシーバタンク２４に導かれる。レシーバタンク２４に導かれた冷媒から塵埃や気化状態の冷媒が除去（分離）され、レシーバタンク２４から液体状の冷媒のみを取り出す。
レシーバタンク２４から取り出された冷媒はサブクーラ２５に導かれる。

冷媒がサブクーラ２５に導かれるとともに、ヒータ２３を通過する前の空調用空気６５がサブクーラ２５を通過している。
よって、冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、ヒータ２３を通過する前の空調用空気６５を予熱する。

サブクーラ２５で冷媒を冷却することで、図８に示すように、冷媒が状態ＢＣ３から状態Ｃ３に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ７減少する。
図７に示すように、比エンタルピＱ７減少した冷媒は、第１電磁弁３５を経て中間絞り弁２６に導かれる。
中間絞り弁２６に導かれた冷媒は第１逆止弁３７を経て膨張弁２８に導かれる。

膨張弁２８に導かれた冷媒は、膨張弁２８で膨張減圧され、膨張減圧された冷媒が分岐路３２を経て熱交換器３３に導かれる。
中間絞り弁２６および膨張弁２８で冷媒を膨張減圧することで、図８に示すように、冷媒が状態Ｃ３から状態Ｄ３に変化する。
すなわち、冷媒が膨張減圧されて冷媒の圧力が圧力Ｐ２から圧力Ｐ１に下降する（低くなる）。

図７に示すように、膨張減圧された冷媒が熱交換器３３に導かれるとともに、室内空気６７が熱交換器３３を通過している。
室内空気６７は、例えば、車室１３内にヒータ２３から空調用空気６５を吹き出すことにより冷媒より高い温度に保たれている。
よって、冷媒および室内空気６７間で熱交換がおこなわれ、室内空気６７の熱で冷媒を加熱する。

熱交換器３３で冷媒を加熱することで、図８に示すように、冷媒が状態Ｄ３から状態ＡＤ３に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ８増加する。
図７に示すように、比エンタルピＱ８増加した冷媒は、分岐路３２を経てエバポレータ３１に導かれる。
冷媒がエバポレータ３１に導かれるとともに、空調用空気６５がエバポレータ３１を通過している。
よって、冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、空調用空気６５を冷却するとともに冷媒を加熱する。

エバポレータ３１で冷媒を加熱することで、図８に示すように、冷媒が状態ＡＤ３から状態Ａ３に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ９増加する。
図７に示すように、比エンタルピＱ９増加した冷媒は、エバポレータ３１のアウトレット３１ａから膨張弁２８を経て圧縮機２２に戻される。

このように、ヒートポンプ循環路２１内を冷媒が循環する状態において、エバポレータ３１を空調用空気６５が通過することで、通過する空調用空気６５をエバポレータ３１で冷却する。
また、空調用空気６５がエバポレータ３１を通過する際に、空調用空気６５の水分をエバポレータ３１で除去（分離）する。
エバポレータ３１を通過した空調用空気６５がサブクーラ２５およびヒータ２３を通過する。
空調用空気６５がサブクーラ２５およびヒータ２３を通過することで、通過する空調用空気６５をサブクーラ２５およびヒータ２３で加熱する。

サブクーラ２５およびヒータ２３で加熱された空調用空気６５は車室１３（図２も参照）内に吹き出される。
これにより、車両１０をモータで走行させる場合に車両用空調装置１５で車室１３内を除湿暖房状態に調整できる。

加えて、室内空気６７の熱を用いて冷媒を加熱することで（室内空気６７の熱を冷媒に還元することで）、室内空気６７の熱を有効に利用することができる。
室内空気６７の熱を有効に利用することにより、車両用空調装置１５による車室１３内の除湿暖房効果を一層高めることができる。

つぎに、車両１０をエンジン１１で走行させる場合にエンジン排熱空調系１７を用いて車室１３内を暖房状態に調整する例を図９、図１０に基づいて説明する。
図９に示すように、車両用空調装置１５がエンジン１１の排熱を利用する状態に切り替えられることにより、第１電磁弁３５および第２電磁弁３６を閉じた状態に保つ。
一方、第５電磁弁５１を開くことにより、サブクーラ２５のアウトレット２５ａおよび冷媒ポンプ４６を連通した状態に保つ。

温水ヒート吸熱路４５およびヒートポンプ循環路２１の一部流路２１ａで温水ヒート循環路４４を形成する。
ヒートポンプ循環路２１の一部循環路２１ａには、ヒータ２３、レシーバタンク２４およびサブクーラ２５が含まれている。

このように、温水ヒート循環路４４を形成した状態において、冷媒ポンプ４６を通電して駆動させる。
冷媒ポンプ４６を駆動することで、温水ヒート循環路４４内の冷媒が温水吸熱器４７に導かれる。
冷媒ポンプ４６で冷媒を温水吸熱器４７に導くことで、図１０に示すように、冷媒が状態Ａ４から状態Ｂ４に変化する。
すなわち、冷房回路の抵抗分だけ冷媒が圧縮されて、冷媒が圧力Ｐ２から圧力Ｐ３に上昇する（高くなる）。

ここで、冷媒ポンプ４６は、圧縮機２２のように冷媒を圧縮させて高温に加熱する機能を備えていない。
よって、冷媒ポンプ４６で冷媒を温水吸熱器４７に導く（送る）際の冷媒の圧力上昇は、
圧力上昇Δ２＝Ｐ３−Ｐ２
である。
この圧力上昇Δ２は、圧縮機２２で冷媒を圧縮する際の冷媒のΔ１と比較して小さく抑えることができる。

図９に示すように、温水吸熱器４７に冷媒が導かれるとともに、温水吸熱器４７にはエンジン１１の排熱が貯えられた冷却水（温水）７１が導かれている。
よって、冷媒および冷却水（温水）７１間で熱交換がおこなわれ、冷却水（温水）７１の熱で冷媒を加熱する。

冷却水（温水）７１の熱で冷媒を加熱することで、図１０に示すように、冷媒が状態Ｂ４から状態Ｃ４に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ１０増加する。
図９に示すように、温水吸熱器４７で加熱された冷媒は、第３逆止弁５２を経てヒータ２３に導かれる。

冷媒が加熱された状態でヒータ２３に導かれるとともに、空調用空気６５がヒータ２３を通過している。
この空調用空気６５は、エバポレータ３１を通過した空気である。
ヒータ２３に導かれた冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、空調用空気６５を加熱するとともに冷媒を冷却する。

ヒータ２３で冷媒を冷却することで、図１０に示すように、冷媒が状態Ｃ４から状態ＡＣ４に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ１１減少する。
図９に示すように、比エンタルピＱ１１減少した冷媒は、レシーバタンク２４に導かれる。レシーバタンク２４に導かれた冷媒から塵埃や気化状態の冷媒が除去（分離）され、レシーバタンク２４から液体状の冷媒のみを取り出す。
レシーバタンク２４から取り出された冷媒はサブクーラ２５に導かれる。

冷媒がサブクーラ２５に導かれるとともに、空調用空気６５がサブクーラ２５を通過している。
よって、冷媒および空調用空気６５間で熱交換がおこなわれ、空調用空気６５を加熱するとともに冷媒を冷却する。

サブクーラ２５で冷媒を冷却することで、図１０に示すように、冷媒が状態ＡＣ４から状態Ａ４に変化して冷媒の熱量が比エンタルピＱ１２減少する。
図９に示すように、比エンタルピＱ１２減少した冷媒は、第５電磁弁５１を経て冷媒ポンプ４６に導かれる。

このように、温水ヒート循環路４４内を冷媒が循環する状態において、空調用空気６５がエバポレータ３１を通過し、エバポレータ３１を通過した空調用空気６５がサブクーラ２５およびヒータ２３を通過する。
空調用空気６５がサブクーラ２５およびヒータ２３を通過することで、通過する空調用空気６５をサブクーラ２５およびヒータ２３で加熱する。

サブクーラ２５およびヒータ２３で加熱された空調用空気６５は車室１３（図２も参照）内に吹き出される。
これにより、車両１０をエンジン１１で走行させる場合にエンジン１１の排熱７１で車室１３内を暖房状態に調整できる。

加えて、エンジン１１の排熱を利用して車室１３内を暖房状態に調整する際に、圧縮機２２に代えて冷媒ポンプ４６を用いるようにした。
よって、冷媒ポンプ４６で冷媒を温水吸熱器４７に導く（送る）際の冷媒の圧力上昇Δ２を、圧縮機２２で冷媒を圧縮する際の冷媒のΔ１と比較して小さく抑えることができる。

すなわち、冷媒ポンプ４６で冷媒を送る場合、冷媒の圧縮状態を圧縮機２２と比較して低く抑えることができる。
よって、冷媒ポンプ４６を駆動する際の負荷を、圧縮機２２を駆動する際の負荷と比較して小さく抑えることができる。
これにより、エンジン１１の排熱を利用して空調用空気６５の温度を調整する際に電力消費を小さく抑えることができる。

ところで、エンジン排熱空調系１７を用いて車室１３内を暖房状態に調整する際に、冷媒回収系１８に冷媒を導いてエンジン排熱空調系１７の冷媒寝込み状態の冷媒を円滑に循環させることができる。
具体的には、冷媒回収系１８の第７電磁弁５７を開いて、第６電磁弁５６を閉じた状態で、圧縮機２２を駆動することによりコンデンサ２７に残った冷媒（液冷媒）を第７電磁弁５７、第４逆止弁５８および圧縮機２２を経て温水ヒート循環路４４に戻すことができる。
よって、例えば温水吸熱器４７内の冷媒の不足を防止して循環させることができる。

なお、本発明に係る車両用空調装置１５は、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例では、「車両１０の内外から導かれて冷媒よりも高温の熱媒体」として車室１３内の室内空気６７を例示したが、冷媒よりも高温の熱媒体はこれに限定するものではない。
例えば、冷媒よりも高温の熱媒体として、モータ類の放熱、バッテリの放熱、内燃機関の放熱や外気熱などを適用することも可能である。

また、前記実施例では、車両用空調装置１５にサブクーラ２５を備えた例について説明したが、これに限らないで、車両用空調装置１５にサブクーラ２５を備えない構成にすることも可能である。
この場合、例えばヒータ２３の機能を調整することにより同様の効果を得ることが可能である。

さらに、前記実施例では、車両用空調装置１５に分岐路３２および熱交換器３３を備えた例について説明したが、これに限らないで、車両用空調装置１５に分岐路３２および熱交換器３３を備えなくても同様の効果を得ることは可能である。

また、前記実施例で示した車両１０、エンジン１１、車両用空調装置１５、ヒートポンプ循環路２１、圧縮機２２、ヒータ２３、コンデンサ２７、膨張弁２８、エバポレータ３１、分岐路３２、熱交換器３３、温水ヒート循環路４４、温水ヒート吸熱路４５、冷媒ポンプ４６および温水吸熱器４７などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明は、車室内に空調用空気を吹き出すことにより車室内の空調をおこなう車両用空調装置を備えた自動車への適用に好適である。

１０…車両、１１…エンジン、１５…車両用空調装置、２１…ヒートポンプ循環路、２２…圧縮機、２３…ヒータ、２７…コンデンサ、２８…膨張弁、３１…エバポレータ、３２…分岐路、３３…熱交換器、４４…温水ヒート循環路、４５…温水ヒート吸熱路、４６…冷媒ポンプ、４７…温水吸熱器、６５…空調用空気、６６…外気、６７…室内空気（車両１０の内外から導かれて冷媒よりも高温の熱媒体）。

Claims (2)

1. 圧縮機により冷媒を循環させるヒートポンプ循環路に設けられ、前記圧縮機から導かれた前記冷媒および空調用空気間で熱交換をおこなうヒータと、
   前記ヒータの下流側に設けられ、前記冷媒および外気間で熱交換をおこなうコンデンサと、
   前記コンデンサまたは前記ヒータから導かれた前記冷媒を膨張減圧する膨張弁と、
   前記膨張弁から導かれた前記冷媒および前記ヒータを通過する前の空調用空気間で熱交換をおこなうエバポレータと、を備えた車両用空調装置において、
   前記ヒートポンプ循環路から分岐された温水ヒート吸熱路と、
   前記温水ヒート吸熱路に設けられ、車両のエンジンを冷却することで前記エンジンの熱が貯えられた冷却水が導かれる温水吸熱器と、
   前記温水吸熱器に前記冷媒を送る冷媒ポンプと、を備え、
   前記冷媒ポンプで前記温水吸熱器に前記冷媒を送り、送られた冷媒および前記エンジンの熱が貯えられた冷却水間で熱交換をおこない、熱交換で加熱された冷媒を前記ヒータに導くことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記ヒートポンプ循環路から分岐された分岐路と、
   前記分岐路に設けられ、車両の内外から導かれて前記冷媒よりも高温の熱媒体および前記冷媒間で熱交換をおこなう熱交換器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。

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