JP2013189180A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低外気温の環境下における圧縮機からの冷媒吐出量の低下を防止して、暖房運転時に必要な暖房能力を得ることができ、除湿暖房運転時に暖房能力を低下させることなく除湿することのできる車両用空気調和装置を提供する。
【解決手段】暖房運転時や除湿暖房運転時において、放熱器１５から流出する冷媒の一部を圧縮機２１に吸入させるバイパス回路３１（冷媒流通路２０ｌ，２０ｍ）と、バイパス回路３１を流通する冷媒を減圧する第２内部熱交換器用膨張弁２９と、第２内部熱交換器用膨張弁２９で減圧したバイパス回路３１を流通する冷媒と放熱器１５から流出するその他の冷媒とを熱交換する第２内部熱交換器２５と、を備え、圧縮機２１の圧縮途中の冷媒が流通する部分に気液２相状態の冷媒を吸入させている。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、電気自動車に適用可能な車両用空気調和装置に関するものである。

従来、この種の車両用空気調和装置では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を吸熱させる吸熱器と、冷媒を放熱または吸熱させる室外熱交換器と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記車両用空気調和装置では、圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒を第１膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させることによって暖房運転を行っている。

また、前記車両用空気調和装置において、圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒の一部を第１膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、放熱器を流通したその他の冷媒を第２膨張弁を介して吸熱器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器および吸熱器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させることによって除湿暖房運転を行うものがある。

特開２０００−２５４４６号公報

前記車両用空気調和装置では、外気温が低温の環境下（例えば、零下１０℃以下）において暖房運転や除湿暖房運転を行うと、室外熱交換器を流通する冷媒が外気から吸熱し難くなり、室外熱交換器における吸熱量が不足する場合がある。前記車両用空気調和装置では、室外熱交換器における吸熱量が不足した状態で圧縮機の運転を行うと、冷媒回路の冷媒の循環量が減少して放熱器からの放熱量が低下し、必要な暖房能力を得ることが困難となる場合がある。

本発明の目的とするところは、低外気温の環境下における圧縮機からの冷媒吐出量の低下を防止して、暖房運転時に必要な暖房能力を得ることができ、除湿暖房運転時に暖房能力を低下させることなく除湿することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を吸熱させる吸熱器と、冷媒を放熱または吸熱させる室外熱交換器と、圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒を第１膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させる暖房用冷媒回路と、圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒の一部を第１膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、放熱器を流通したその他の冷媒を第２膨張弁を介して吸熱器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器および吸熱器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させる除湿暖房用冷媒回路と、暖房用冷媒回路および除湿暖房用冷媒回路において、放熱器から流出する冷媒の一部を圧縮機の圧縮途中の冷媒が流通する部分に吸入させるバイパス回路と、バイパス回路を流通する冷媒を減圧する第３膨張弁と、第３膨張弁で減圧したバイパス回路を流通する冷媒と放熱器から流出するその他の冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、圧縮機の圧縮途中の冷媒が流通する部分には、気液２相状態の冷媒を吸入させている。

これにより、放熱器から流出した冷媒の一部を第３膨張弁によって減圧することで、気液２相状態の冷媒が圧縮機の圧縮途中の冷媒が流通する部分に吸入されることから、圧縮機の冷媒吐出量を増加させることで、放熱器における放熱量を増加させることが可能となる。

本発明によれば、圧縮機の冷媒吐出量を増加させることで、放熱器における放熱量を増加させることができるので、暖房運転時において暖房能力を向上させることができ、除湿暖房運転時において暖房能力を低下させることなく除湿が可能となる。また、除湿暖房時に冷媒循環量が低下した状態でも、圧縮機へのオイルの戻り量が不足することなく運転可能となる。

本発明の第１実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 冷房運転および除湿冷房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第１除湿暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第２除湿暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 暖房運転中に第２内部熱交換器用膨張弁を開放した状態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 電気ヒータの取付位置の他の例を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第４実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。

図１乃至図６は、本発明の第１実施形態を示すものである。

本発明の車両用空気調和装置は、図１に示すように、車室内に設けられた空調ユニット１０と、車室内および車室外に亘って構成された冷媒回路２０と、を備えている。

空調ユニット１０は、車室内に供給する空気を流通させるための空気流通路１１を有している。空気流通路１１の一端側には、車室外の空気を空気流通路１１に流入させるための外気吸入口１１ａと、車室内の空気を空気流通路１１に流入させるための内気吸入口１１ｂと、が設けられている。また、空気流通路１１の他端側には、空気流通路１１を流通する空気を車室内の搭乗者の足元に向かって吹き出させるフット吹出口１１ｃと、空気流通路１１を流通する空気を車室内の搭乗者の上半身に向かって吹き出させるベント吹出口１１ｄと、空気流通路１１を流通する空気を車両のフロントガラスの車室内側の面に向かって吹き出させるデフ吹出口１１ｅと、が設けられている。

空気流通路１１内の一端側には、空気流通路１１の一端側から他端側に向かって空気を流通させるためのシロッコファン等の室内送風機１２が設けられている。

空気流通路１１の一端側には、外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂの一方を開放して他方を閉鎖することが可能な吸入口切換えダンパ１３が設けられている。吸入口切換えダンパ１３によって内気吸入口１１ｂが閉鎖されて外気吸入口１１ａが開放されると、外気吸入口１１ａから空気が空気流通路１１に流入する外気供給モードとなる。また、吸入口切換えダンパ１３によって外気吸入口１１ａが閉鎖されて内気吸入口１１ｂが開放されると、内気吸入口１１ｂから空気が空気流通路１１に流入する内気循環モードとなる。さらに、吸入口切換えダンパ１３が外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとの間に位置し、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂがそれぞれ開放されると、吸入口切換えダンパ１３による外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂのそれぞれの開口率に応じた割合で、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとから空気が空気流通路１１に流入する内外気吸入モードとなる。

空気流通路１１の他端側のフット吹出口１１ｃ、ベント吹出口１１ｄ及びデフ吹出口１１ｅのそれぞれには、各吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを開閉するための吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。この吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、図示しないリンク機構によって連動するように構成されている。ここで、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃが開放されてベント吹出口１１ｄが閉鎖され、デフ吹出口１１ｅが僅かに開放されると、空気流通路１１を流通する空気の大部分がフット吹出口１１ｃから吹き出されると共に残りの空気がデフ吹出口１１ｅから吹き出されるフットモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅが閉鎖されてベント吹出口１１ｄが開放されると、空気流通路１１を流通する空気の全てがベント吹出口１１ｄから吹き出されるベントモードとなる。さらに、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄが開放されてデフ吹出口１１ｅが閉鎖されると、空気流通路１１を流通する空気がフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄから吹き出されるバイレベルモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄが閉鎖されてデフ吹出口１１ｅが開放されると、空気流通路１１を流通する空気がデフ吹出口１１ｅから吹き出されるデフモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってベント吹出口１１ｄが閉鎖されてフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅが開放されると、空気流通路１１を流通する空気がフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅから吹き出されるデフフットモードとなる。尚、空気流通路１１、フット吹出口１１ｃ、ベント吹出口１１ｄ、後述する吸熱器及び放熱器は、バイレベルモードにおいて、フット吹出口１１ｃから吹き出される空気の温度がベント吹出口１１ｄから吹き出される空気の温度よりも高温となる温度差を生じさせるような、互いの位置関係および構造となっている。

室内送風機１２の空気流通方向下流側の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気を冷却及び除湿するための吸熱器１４が設けられている。また、吸熱器１４の空気流通方向下流側の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気を加熱するための放熱器１５が設けられている。吸熱器１４及び放熱器１５は、それぞれ内部を流通する冷媒と空気流通路１１を流通する空気とを熱交換させるためのフィンとチューブ等からなる熱交換器である。

吸熱器１４と放熱器１５との間の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気の放熱器１５によって加熱される割合を調整するためのエアミックスダンパ１６が設けられている。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を閉鎖する方向に移動させることによって、放熱器１５において熱交換する空気の割合が減少し、空気流通路１１の放熱器１５以外の部分側に移動させることによって、放熱器１５において熱交換する空気の割合が増加する。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を閉鎖して放熱器１５以外の部分を開放した状態で開度が０％となり、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を開放し、放熱器１５以外の部分を閉鎖した状態で開度が１００％となる。

冷媒回路２０は、前記吸熱器１４、前記放熱器１５、冷媒を圧縮するための圧縮機２１、冷媒と車室外の空気とを熱交換するための室外熱交換器２２、放熱器１５および室外熱交換器２２の少なくとも放熱器１５から流出する冷媒と吸熱器１４から流出する冷媒とを熱交換させるための第１内部熱交換器２３、第１膨張弁としての膨張手段と凝縮圧力調整手段とを有し、膨張手段側または凝縮圧力調整手段側に冷媒流路を切換え可能な第１制御弁２４、放熱器１５から流出する冷媒の一部と放熱器１５から流出するその他の冷媒とを熱交換させるための第２内部熱交換器２５、第１電磁弁２６ａ、第２電磁弁２６ｂ、第３電磁弁２６ｃ、第１〜第２逆止弁２７ａ，２７ｂ、第２膨張弁としての吸熱器用膨張弁２８、放熱器１５から流出する冷媒の一部を減圧するための第３膨張弁としての第２内部熱交換器用膨張弁２９、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒が圧縮機２１に吸入されることを防止するためのアキュムレータ３０、を有し、これらは銅管やアルミニウム管によって接続されている。

具体的には、圧縮機２１の冷媒吐出側に放熱器１５の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ａが設けられている。また、放熱器１５の冷媒流出側には、第２内部熱交換器２５の高圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｂが設けられている。第２内部熱交換器２５の高圧冷媒流出側には、第１制御弁２４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｃが設けられている。第１制御弁２４の膨張手段側の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の一端側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｄが設けられている。冷媒流通路２０ｄには、第１逆止弁２７ａが設けられている。また、第１制御弁２４の凝縮圧力調整手段側の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の他端側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｅが設けられている。室外熱交換器２２の他端側には、冷媒流通路２０ｅと並列に、圧縮機２１の冷媒吸入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｆが設けられている。冷媒流通路２０ｆには、冷媒流通方向の上流側から順に、第１電磁弁２６ａ、アキュムレータ３０が設けられている。冷媒流通路２０ｃには、第１内部熱交換器２３の高圧冷媒流入側が接続されることによって冷媒流通路２０ｇが設けられている。冷媒流通路２０ｇには、第２電磁弁２６ｂが設けられている。第１内部熱交換器２３の高圧冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｈが設けられている。冷媒流通路２０ｈには、吸熱器用膨張弁２８が設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、第１内部熱交換器２３の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｉが設けられている。第１内部熱交換器２３の低圧冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｆの第１電磁弁２６ａとアキュムレータ３０との間が接続されることによって、冷媒流通路２０ｊが設けられている。室外熱交換器２２の一端側には、冷媒流通路２０ｄと並列に、冷媒流通路２０ｇの第２電磁弁２６ｂの冷媒流通方向の下流側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｋが設けられている。冷媒流通路２０ｋには、冷媒流通方向の上流側から順に、第３電磁弁２６ｃ、第２逆止弁２７ｂが設けられている。冷媒流通路２０ｂには、分岐して第２内部熱交換器２５の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｌが設けられている。冷媒流通路２０ｌには、第２内部熱交換器用膨張弁２９が設けられている。第２内部熱交換器２５の低圧冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｍが設けられている。ここで、冷媒流通路２０ｌ、第２内部熱交換器２５の低圧側および冷媒流通路２０ｍによってバイパス回路３１が構成される。

圧縮機２１及び室外熱交換器２２は、車室外のエンジンルーム内に配置されている。

圧縮機２１は、一対の冷媒吸入口が設けられ、一方の冷媒吸入口に冷媒流通路２０ｆが接続され、他方の冷媒吸入口に冷媒流通路２０ｍが接続されている。冷媒流通路２０ｍが接続された他方の冷媒吸入口は、圧縮途中の冷媒が流通する部分に連通している。圧縮機２１は、電動モータによって駆動され、インバータ制御によって回転数の調整が可能である。

室外熱交換器２２は、内部を流通する冷媒と車室外の空気とを熱交換させるためのフィンとチューブ等からなる熱交換器である。室外熱交換器２２は、吸熱器として機能する場合に冷媒流路の一端側から冷媒が流入し、放熱器として機能する場合に冷媒流路の他端側から冷媒が流入する。室外熱交換器２２の冷媒流路の一端側には、放熱器として機能する場合に液体の冷媒を貯留可能な気液分離部２２ａと、気液分離部２２ａから流出する液体の冷媒を過冷却の状態とするための過冷却部２２ｂと、が設けられている。また、室外熱交換器２２には、車両の停止時に車室外の空気と冷媒とを熱交換させるための室外送風機２２ｃが設けられている。

第１内部熱交換器２３は、例えば、二重管式や積層式の熱交換器であり、冷媒と冷媒とを熱交換させるものである。

第１制御弁２４は、膨張手段側において暖房運転および第１除湿暖房運転時に室外熱交換器２２に流入する冷媒を減圧する。また、第１制御弁２４は、凝縮圧力調整手段側において除湿冷房運転時に放熱器１５における冷媒の凝縮圧力を制御する。第１制御弁２４は、冷媒流路を膨張手段側または凝縮圧力調整手段側に切換えるとともに、それぞれの冷媒流路の開度を調整するためのステッピングモータを有している。

第２内部熱交換器２５は、例えば、二重管式や積層式の熱交換器であり、冷媒と冷媒とを熱交換させるものである。

吸熱器用膨張弁２８は、吸熱器１４から流出する冷媒の温度に応じて弁開度を調整可能な温度膨張弁である。温度膨張弁としては、例えば、吸熱器から流出する冷媒が流通する流出冷媒流路と、流出冷媒流路を流通する温度を検出する感温棒と、弁体を移動させるためのダイヤフラムと、を一体に形成したボックス型の温度膨張弁が用いられる。

第２内部熱交換器用膨張弁２９は、電子式の膨張弁であり、コントローラによって、例えば、車室外の温度に基づいて弁の開閉が切り替えられるとともに、弁開度が調整される。

以上のように構成された車両用空気調和装置では、冷房運転、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転、第２除湿暖房運転が行われる。以下、それぞれの運転について説明する。

冷房運転及び除湿冷房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を凝縮圧力調整手段側に設定し、第３電磁弁２６ｃを開放するとともに、第１および第２電磁弁２６ａ，２６ｂを閉鎖し、第２内部熱交換器用膨張弁２９を閉鎖して圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図２に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、第２内部熱交換器２５の高圧側、冷媒流通路２０ｃ，２０ｅ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｋ，２０ｇ、第１内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｈ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｉ、第１内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｊ，２０ｆの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、冷房運転において、室外熱交換器２２において放熱して吸熱器１４において吸熱する。除湿冷房運転として、図２の一点鎖線に示すように、エアミックスダンパ１６が開放されると、冷媒回路２０を流通する冷媒は放熱器１５においても放熱する。また、室外熱交換器２２を流通する冷媒は、気液分離部２２ａおよび過冷却部２２ｂを流通することで、過冷却の状態となって冷媒流通路２０ｋに流入する。

このとき、冷房運転中の空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却され、車室内の温度を目標設定温度Ｔｓｅｔとするために吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから吹き出すべき空気の温度である目標吹出温度ＴＡＯとなって車室内に吹き出される。

目標吹出温度ＴＡＯは、車室外の温度Ｔａｍ、車室内の温度Ｔｒ、日射量Ｔｓ等の環境条件を検出し、検出された環境条件と目標設定温度Ｔｓｅｔに基づいて算出されるものである。

また、除湿冷房運転中の空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換して冷却されることによって除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、放熱器１５おいて放熱する冷媒と熱交換して加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

暖房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、第２および第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを閉鎖し、第２内部熱交換器用膨張弁２９を閉鎖して圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図３に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、第２内部熱交換器２５の高圧側、冷媒流通路２０ｃ，２０ｄ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｆの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２において吸熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換することなく、放熱器１５において冷媒と熱交換して加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

第１除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１および第２電磁弁２６ａ，２６ｂを開放するとともに、第３電磁弁２６ｃを閉鎖し、第２内部熱交換器用膨張弁２９を閉鎖して圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図４に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、第２内部熱交換器２５の高圧側、冷媒流通路２０ｃを順に流通する。冷媒流通路２０ｃを流通する冷媒の一部は、冷媒流通路２０ｄ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｆの順に流通して圧縮機２１に吸入される。また、冷媒流通路２０ｃを流通するその他の冷媒は、冷媒流通路２０ｇ、第１内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｈ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｉ、第１内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｊ，２０ｆ、の順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４及び室外熱交換器２２において吸熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却されることにより除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、一部の空気が放熱器１５において冷媒と熱交換することによって加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

第２除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を閉鎖し、第２電磁弁２６ｂを開放するとともに、第１および第３電磁弁２６ａ，２６ｃを閉鎖し、第２内部熱交換器用膨張弁２９を閉鎖して圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図５に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、第２内部熱交換器２５の高圧側、冷媒流通路２０ｃ，２０ｇ、第１内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｈ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｉ、第１内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｊ，２０ｆの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、前記第１除湿暖房運転と同様に、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却されることにより除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、一部の空気が放熱器１５において冷媒と熱交換することによって加熱され、目標吹出温度ＴＡＯとなって車室内に吹き出される。

オートエアコンスイッチがオンの状態に設定されている場合には、冷房運転、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転、第２除湿暖房運転が、車室外の温度Ｔａｍ、車室内の温度Ｔｒ、車室外の湿度、車室内の湿度Ｔｈ、日射量Ｔｓ等の環境条件に基づいて切換えられる。

また、吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅのモードが、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによって切換えられる。エアミックスダンパ１６の開度は、吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから吹出される空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯとなるように調整される。

また、各運転において、フットモード、ベントモード、バイレベルモードの切り替えが、目標吹出温度ＴＡＯに応じて行われる。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯが例えば４０℃以上など、高温となる場合にフットモードに設定される。また、目標吹出温度ＴＡＯが例えば２５℃未満など、低温となる場合にベントモードが設定される。さらに、目標吹出温度ＴＡＯが、フットモードが設定される目標吹出温度ＴＡＯとベントモードが設定される目標吹出温度ＴＡＯとの間の温度の場合にバイレベルモードに設定される。

また、暖房運転中や第１除湿暖房運転中において、車室外の空気の温度が低くなると（例えば零下１０度以下等）、室外熱交換器２２を流通する冷媒が吸熱し難くなる。暖房運転中や第１除湿暖房運転中において、室外熱交換器２２における吸熱量が不足すると、冷媒回路２０の冷媒の循環量が減少して放熱器１５からの放熱量が減少し、暖房能力が不足する場合がある。

このため、暖房運転中や第１除湿暖房運転中に車室外の空気の温度が低くなる場合には、放熱器１５における放熱量を増加させるために、第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放する。

暖房運転中や第１除湿暖房運転中に第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放すると、放熱器１５から流出する冷媒は、図６に示すように、一部が冷媒流通路２０ｌ、第２内部熱交換器２５、冷媒流通路２０ｍの順に流通して圧縮機２１に吸入される。

このとき、放熱器１５から流出して冷媒流通路２０ｌを流通する冷媒は、第２内部熱交換器用膨張弁２９によって減圧されて気液２相状態となって第２内部熱交換器２５の低圧側に流入する。第２内部熱交換器２５の低圧側を流通する冷媒は、放熱器１５から流出して第２内部熱交換器２５の高圧側を流通する冷媒と熱交換して吸熱し、気液２相状態で圧縮機２１の圧縮途中の冷媒が流通する部分に吸入される。また、第２内部熱交換器２５の高圧側を流通する冷媒は、第２内部熱交換器２５の低圧側を流通する冷媒と熱交換して放熱して過冷却状態となり、暖房運転中は室外熱交換器２２に向かって流通し、第１除湿暖房運転中は室外熱交換器２２と吸熱器１４のそれぞれに向かって流通する。

これにより、圧縮機２１は、圧縮途中の冷媒が流通する部分に気液２相状態の冷媒を吸入することから、室外熱交換器２２における吸熱量が小さい状態であっても、冷媒の吐出量が増加する。圧縮機２１の冷媒の吐出量が増加すると、放熱器１５における放熱量が増加する。

また、圧縮機２１には、気液２相状態の冷媒が吸入されることから、圧縮機２１の潤滑に必要な潤滑油の戻り量を確保することができる。

また、第２内部熱交換器２５の高圧側を流通した冷媒は、過冷却状態となることから、暖房運転中は室外熱交換器２２における吸熱量が増加し、第１除湿暖房運転中は室外熱交換器２２および吸熱器１４のそれぞれにおける吸熱量が増加する。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、暖房運転時や除湿暖房運転時において、放熱器１５から流出する冷媒の一部を圧縮機２１に吸入させるバイパス回路３１（冷媒流通路２０ｌ，２０ｍ）と、バイパス回路３１を流通する冷媒を減圧する第２内部熱交換器用膨張弁２９と、第２内部熱交換器用膨張弁２９で減圧したバイパス回路３１を流通する冷媒と放熱器１５から流出するその他の冷媒とを熱交換する第２内部熱交換器２５と、を備え、圧縮機２１の圧縮途中の冷媒が流通する部分に気液２相状態の冷媒を吸入させている。これにより、暖房運転中や第１除湿暖房運転中に車室外の空気の温度が低くなる場合には、第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放することによって圧縮機２１からの冷媒の吐出量を増加させ、放熱器１５における放熱量を増加させることができるので、暖房運転時における暖房能力を向上させることができ、第１除湿暖房運転時における暖房能力を低下させることなく除湿が可能となる。また、圧縮機２１には、気液２相状態の冷媒が吸入されることから、圧縮機２１の潤滑に必要な潤滑油の戻り量を確保することができる。

図７は、本発明の第２実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

この車両用空気調和装置は、図７に示すように、バイパス回路３１における第２内部熱交換器２５と第２内部熱交換器用膨張弁２９が一体に構成されている。

以上ように構成された車両用空気調和装置では、前記実施形態と同様に冷媒を流通させることが可能であり、気液２相状態の冷媒を圧縮機２１に吸入させることが可能である。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、前記実施形態と同様に、暖房運転中や第１除湿暖房運転中に車室外の空気の温度が低くなる場合には、第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放することによって圧縮機２１からの冷媒の吐出量を増加させ、放熱器１５における放熱量を増加させることができるので、暖房運転時における暖房能力を向上させることができ、第１除湿暖房運転時における暖房能力を低下させることなく除湿が可能となる。また、圧縮機２１には、気液２相状態の冷媒が吸入されることから、圧縮機２１の潤滑に必要な潤滑油の戻り量を確保することができる。

また、バイパス回路３１における第２内部熱交換器２５と第２内部熱交換器用膨張弁２９を一体に形成している。これにより、部品点数を低減させることが可能となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。

図８は、本発明の第３実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

この車両用空気調和装置は、前記第１実施形態の放熱器１５の代わりとして、図８に示すように、熱媒体としての水と冷媒とを熱交換させる放熱器としての冷媒放熱器３３が空気流通路１１外に設けられている。

冷媒放熱器３３の水を冷媒と熱交換させるための熱交換部３３ａには、水が流通する熱媒体回路としての水回路４０が接続されている。水回路４０には、水を吐出する水ポンプ４１と、空気流通路１１を流通する空気と水を熱交換させるための熱媒体放熱器としてのヒータコア４２と、車両走行用のエンジンが排出する熱を水に吸熱させるための排出熱吸熱部としてのラジエータ４３と、水を加熱するための電気ヒータ４４と、が接続されている。

以上のように構成された車両用空気調和装置において、前記実施形態と同様に冷媒を流通させることが可能であり、気液２相状態の冷媒を圧縮機２１に吸入させることが可能である。

また、水回路４０では、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転および第２除湿暖房運転の際に水ポンプ４１を運転して水を流通させる。

水回路４０を流通する水は、冷媒放熱器３３において冷媒から吸熱し、ヒータコア４２において空気流通路１１を流通する空気と熱交換して放熱する。水回路４０を流通する水は、冷媒放熱器３３において加熱される以外に、ラジエータ４３においてエンジンの排出する熱によって加熱される。また、空気流通路１１を流通する空気の加熱量が不足する場合には、電気ヒータ４４によって水回路４０を流通する水を加熱することによって、不足する加熱量を補うことが可能である。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置では、前記実施形態と同様に、暖房運転中や第１除湿暖房運転中に車室外の空気の温度が低くなる場合には、第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放することによって圧縮機２１からの冷媒の吐出量を増加させ、冷媒放熱器３３における放熱量を増加させることができるので、暖房運転時における暖房能力を向上させることができ、第１除湿暖房運転時における暖房能力を低下させることなく除湿が可能となる。また、圧縮機２１には、気液２相状態の冷媒が吸入されることから、圧縮機２１の潤滑に必要な潤滑油の戻り量を確保することができる。

また、エンジンの排出する熱によって水回路４０を流通する水を加熱するためのラジエータ４３が水回路４０に接続されている。これにより、水回路４０の水をエンジンの排出する熱によって加熱することによって、暖房運転や第１除湿暖房運転を行うことができるので、エンジンの排出熱を有効に利用してエネルギーの消費量を低減することが可能となる。

また、水回路４０を流通する水を加熱するための電気ヒータ４４を備えている。これにより、暖房運転時や第１除湿暖房運転時における暖房能力の不足熱量を補うことが可能となるので、車室内を要求される温度に維持することが可能となる。

尚、前記第３実施形態では、暖房運転時や第１除湿暖房運転時における暖房能力の不足熱量を電気ヒータ４４によって水回路４０を流通する水を加熱するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、図９に示すように、冷媒流通路２０ｆのアキュムレータ３０と圧縮機２１との間に電気ヒータ４４を設け、電気ヒータ４４によって冷媒回路２０を流通する冷媒を加熱するようにしてもよい。また、冷媒回路２０に対する電気ヒータ４４の取り付け位置としては、アキュムレータ３０と圧縮機２１との間に限られない。例えば、電気ヒータ４４を、バイパス回路３１における第２内部熱交換器２５と圧縮機２１との間に設けてもよいし、圧縮機２１の吐出側と冷媒放熱器３３との間に設けてもよい。また、水回路４０および冷媒回路２０のそれぞれに電気ヒータ４４を設け、水回路４０を流通する水と冷媒回路２０を流通する冷媒を同時に電気ヒータ４４によって加熱するようにしてもよい。

また、前記第３実施形態では、熱媒体として水を流通させる水回路４０を示したが、これに限られるものではなく、例えばエチレングリコールを主成分とする不凍液を熱媒体として用いることも可能である。

また、前記第３実施形態では、水回路４０に、エンジンの排出する熱を水に吸熱させるためのラジエータ４３を接続したものを示したが、これに限られるものではない。例えば、車両に設けられた電動モータやバッテリから排出される熱等、車両の走行時に排出される熱を、水回路４０を流通する水に吸熱させるようにしてもよい。

図１０は、本発明の第４実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

この車両用空気調和装置の冷媒回路２０は、図１０に示すように、第１実施形態における第１制御弁２４の代わりに、冷媒流入口および冷媒流出口がそれぞれ１つずつ設けられ、減圧領域と凝縮圧力調整領域のそれぞれの範囲で弁開度を調整可能な第２制御弁３４を備えている。

具体的には、圧縮機２１の冷媒吐出側に放熱器１５の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ａが設けられている。また、放熱器１５の冷媒流出側には、第２内部熱交換器２５の高圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｂが設けられている。第２内部熱交換器２５の高圧冷媒流出側には、第２制御弁３４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｃが設けられている。第２制御弁３４の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｄが設けられている。また、室外熱交換器２２の冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｅが設けられている。冷媒流通路２０ｅには、冷媒流通方向の上流側から順に、第１電磁弁２６ａ、アキュムレータ３０が設けられている。冷媒流通路２０ｃには、第１内部熱交換器２３の高圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｆが設けられている。冷媒流通路２０ｆには、冷媒流通方向の上流側から順に、第２電磁弁２６ｂ、第１逆止弁２７ａが設けられている。第１内部熱交換器２３の高圧冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｇが設けられている。冷媒流通路２０ｇには、吸熱器用膨張弁２８が設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、第１内部熱交換器２３の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｈが設けられている。第１内部熱交換器２３の低圧冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｅの第１電磁弁２６ａとアキュムレータ３０との間が接続されることによって、冷媒流通路２０ｉが設けられている。室外熱交換器２２の冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｅと並列に、気液分離部２２ａの冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｊが設けられている。冷媒流通路２０ｊには、第３電磁弁２６ｃが設けられている。気液分離部２２ａの冷媒流出側には、過冷却部２２ｂを介して冷媒流通路２０ｆの第１逆止弁２７ａの冷媒流通方向下流側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｋが設けられている。冷媒流通路２０ｋには、第２逆止弁２７ｂが設けられている。冷媒流通路２０ｂには、分岐して第２内部熱交換器２５の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｌが設けられている。冷媒流通路２０ｌには、第２内部熱交換器用膨張弁２９が設けられている。第２内部熱交換器２５の低圧冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｍが設けられている。ここで、冷媒流通路２０ｌ、第２内部熱交換器２５の低圧側および冷媒流通路２０ｍによってバイパス回路３１が構成される。

以上のように構成された車両用空気調和装置の暖房運転において、冷媒回路２０では、第２制御弁３４の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、第２〜第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを閉鎖し、第２内部熱交換器用膨張弁２９を閉鎖して圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、第２内部熱交換器２５の高圧側、冷媒流通路２０ｃ，２０ｄ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２において吸熱する。

また、第１除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、第２制御弁３４の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１および第２電磁弁２６ａ，２６ｂを開放するとともに、第３電磁弁２６ｃを閉鎖し、第２内部熱交換器用膨張弁２９を閉鎖して圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、第２内部熱交換器２５の高圧側、冷媒流通路２０ｃを順に流通する。冷媒流通路２０ｃを流通する冷媒の一部は、冷媒流通路２０ｄ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。また、冷媒流通路２０ｃを流通するその他の冷媒は、冷媒流通路２０ｆ、第１内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｇ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｈ、第１内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｉ，２０ｅ、の順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４及び室外熱交換器２２において吸熱する。

暖房運転中や第１除湿暖房運転中に第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放すると、放熱器１５から流出する冷媒は、第１実施形態と同様に、一部が冷媒流通路２０ｌ、第２内部熱交換器２５の低圧側、冷媒流通路２０ｍの順に流通して圧縮機２１に吸入される。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、前記実施形態と同様に、暖房運転中や第１除湿暖房運転中に車室外の空気の温度が低くなる場合には、第２内部熱交換器用膨張弁２９を開放することによって圧縮機２１からの冷媒の吐出量を増加させ、冷媒放熱器３３における放熱量を増加させることができるので、暖房運転時における暖房能力を向上させることができ、第１除湿暖房運転時における暖房能力を低下させることなく除湿が可能となる。また、圧縮機２１には、気液２相状態の冷媒が吸入されることから、圧縮機２１の潤滑に必要な潤滑油の戻り量を確保することができる。

尚、前記第４実施形態の冷媒回路２０は、前記第３実施形態の水回路４０を備えたものに対しても適用可能である。

尚、前記実施形態では、暖房運転および第１除湿暖房運転時に室外熱交換器２２に流入する冷媒を減圧するための膨張手段と除湿冷房運転時に放熱器１５における冷媒の凝縮圧力を制御するための凝縮圧力調整手段とを有する第１制御弁２４および第２制御弁３４を示したが、これに限られるものではない。例えば、冷媒回路２０に、第１制御弁２４および第２制御弁３４の代わりに開度が可変の膨張手段と凝縮圧力調整手段とを別々に構成するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、一対の冷媒吸入口が設けられた圧縮機２１の圧縮途中の冷媒が流通する部分に連通する冷媒吸入口にバイパス回路３１を接続するようにしたものを示したがこれに限られるものではない。例えば、圧縮機２１が二段圧縮機の場合に、一段目と二段目との間の冷媒流通路にバイパス回路３１を接続するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、第２内部熱交換器用膨張弁２９を弁の開閉および弁開度の調整が可能な電子膨張弁としたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、バイパス回路３１に、第２内部熱交換器用膨張弁としての温度膨張弁と、バイパス回路３１を開閉可能な電磁弁等の開閉弁と、を設けるようにしてもよい。

１０…空調ユニット、１４…吸熱器、１５…放熱器、２０…冷媒回路、
２１…圧縮機、２２…室外熱交換器、２４…第１制御弁、２５…第２内部熱交換器、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…第１〜第３電磁弁、２９…第２内部熱交換器用膨張弁、３１…バイパス回路、３３…冷媒放熱器、３３ａ…熱交換部、４０…水回路、４１…水ポンプ、４２…ヒータコア、４３…ラジエータ、４４…電気ヒータ。

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   冷媒を放熱させる放熱器と、
   冷媒を吸熱させる吸熱器と、
   冷媒を放熱または吸熱させる室外熱交換器と、
   圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒を第１膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させる暖房用冷媒回路と、
   圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒の一部を第１膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、放熱器を流通したその他の冷媒を第２膨張弁を介して吸熱器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器および吸熱器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させる除湿暖房用冷媒回路と、
   暖房用冷媒回路および除湿暖房用冷媒回路において、放熱器から流出する冷媒の一部を圧縮機の圧縮途中の冷媒が流通する部分に吸入させるバイパス回路と、
   バイパス回路を流通する冷媒を減圧する第３膨張弁と、
   第３膨張弁で減圧したバイパス回路を流通する冷媒と放熱器から流出するその他の冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
   圧縮機の圧縮途中の冷媒が流通する部分には、気液２相状態の冷媒を吸入させる
   ことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 第３膨張弁は、熱交換器と一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 熱媒体を吐出する熱媒体ポンプと、
   放熱器に設けられ、放熱器を流通する冷媒と熱媒体とを熱交換させる熱交換部と、
   熱媒体を放熱させる熱媒体放熱器と、
   熱媒体ポンプから吐出された熱媒体を熱交換部に流入させて吸熱させ、熱交換部を流通した熱媒体を熱媒体放熱器に流入させて放熱させ、熱媒体放熱器を流通した熱媒体を熱媒体ポンプに吸入させる熱媒体回路と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空気調和装置。
4. 熱媒体回路を流通する熱媒体を加熱するための熱媒体加熱手段を備えた
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用空気調和装置。
5. 熱媒体加熱手段は、熱媒体回路を流通する熱媒体を加熱可能な電気ヒータである
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両用空気調和装置。
6. 熱媒体加熱手段は、熱媒体回路に設けられ、他の機器から排出される熱を熱媒体回路を流通する熱媒体に吸熱させる排出熱吸熱部である
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両用空気調和装置。
7. 暖房用冷媒回路および除湿暖房用冷媒回路を流通する冷媒を加熱する冷媒加熱手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用空気調和装置。

Images