JP2016030562A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転モード時における空気の加熱性能を向上させる。【解決手段】空調ケーシング１３の内部には温風通路Ｒ２とバイパス通路Ｒ３とが形成されている。空調ケーシング１３の内部には温風通路Ｒ２とバイパス通路Ｒ３の風量比率を調整するエアミックスドア１８と、エアミックスドア１８よりも空気流れ方向上流側に配設されてヒータコア１１とが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車等に搭載される車両用空調装置に関するものである。

従来より、車両用空調装置として、ヒートポンプ装置と、エンジン冷却水が供給されるヒータコアとを備えた構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサと、車両の室外に配設される車室外熱交換器と、冷媒の圧力を減圧する減圧弁と、車両の室内に配設される空調ケーシングに収容される冷却用車室内熱交換器及び加熱用車室内熱交換器とを備えている。そして、冷房運転モード時には、コンプレッサから吐出された冷媒を加熱用車室内熱交換器及び車室外熱交換器に流して放熱し、その後、減圧弁で減圧して冷却用車室内熱交換器に流し、一方、暖房運転モード時には、コンプレッサから吐出された冷媒を加熱用車室内熱交換器に流した後、車室外熱交換器に流してコンプレッサに吸入させるようにしている。

また、特許文献１では、空調ケーシングの内部に、加熱用車室内熱交換器を通過する空気が流通する温風通路と、加熱用車室内熱交換器を通過しない空気が流通するバイパス通路とが設けられており、温風通路とバイパス通路の風量比率をエアミックスドアで調整することによって調和空気の温度を調整するようにしている。このエアミックスドアの空気流れ方向下流側で、かつ、加熱用車室内熱交換器の空気流れ方向上流側には、温風通路の内部にヒータコアが配設されている。

特開２００９−２０２７３６号公報

ところで、空調ケーシングには、温風通路の他にも並行してバイパス通路を形成しており、しかも、空調ケーシングのより一層の小型化が望まれているので、温風通路の断面積を広く確保するのは困難である。特許文献１ではヒータコアをエアミックスドアの空気流れ下流側において温風通路の内部に配設するようにしているので、ヒータコアの大きさは温風通路の内部に収まるようにしなければならず、大型化が難しい。その上、一般に、ヒータコアは熱交換に直接的に寄与しないヘッダタンクを備えており、このヘッダタンクの存在によって熱交換に有効な空気通過面が削られ、ひいてはヒータコアによる加熱性能が低下してしまう。また、ヒータコアをエアミックスドアと加熱用車室内熱交換器との間に配設するようにしているので、ヒータコアや加熱用車室内熱交換器の空気流れ方向の寸法（厚み寸法）を長くすることは困難であり、このことも加熱性能の低下を招く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、暖房運転モード時における空気の加熱性能を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、エアミックスドアよりも空気流れ方向上流側に、車両の発熱する装置から熱交換媒体が供給される空気加熱器を設けるようにした。

第１の発明は、
冷媒を圧縮するコンプレッサと、
車両の室外に配設される車室外熱交換器と、
車両の室内に配設される第１車室内熱交換器と、
車両の室内において上記第１車室内熱交換器よりも空調用空気の流れ方向下流側に配設される第２車室内熱交換器と、
第１及び第２減圧弁とを備え、
冷房運転モード時には、上記コンプレッサから吐出された冷媒を上記第２車室内熱交換器及び上記車室外熱交換器に流した後、上記第２減圧弁によって減圧して上記第１車室内熱交換器に流し、上記コンプレッサに吸入させる一方、暖房運転モード時には、上記コンプレッサから吐出された冷媒を上記第２車室内熱交換器に流した後、上記第１減圧弁によって減圧して上記車室外熱交換器に流し、上記コンプレッサに吸入させるように構成されたヒートポンプ装置を備えた車両用空調装置において、
上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器を収容する空調ケーシングを備え、
上記空調ケーシングの内部には、上記第２車室内熱交換器を通過した空気が流れる温風通路と、空気が上記第２車室内熱交換器をバイパスして流れるバイパス通路と、上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器の間に配設されて上記温風通路と上記バイパス通路の風量比率を調整するエアミックスドアと、上記エアミックスドアよりも空気流れ方向上流側に配設されて車両の発熱する装置から熱交換媒体が供給される空気加熱器とが設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、冷房運転モード時には、第２車室内熱交換器及び車室外熱交換器が放熱器となり、第１車室内熱交換器が吸熱器となる。第１車室内熱交換器によって空調用空気が冷却される。

一方、暖房運転モード時には、第２車室内熱交換器が放熱器となり、車室外熱交換器が吸熱器となる。空気は、車両の発熱する装置から熱交換媒体が供給される空気加熱器で加熱された後、第２車室内熱交換器によっても加熱される。このとき、空気加熱器は、エアミックスドアよりも空気流れ方向上流側、即ち、温風通路よりも上流側に配設されている。温風通路よりも上流側の通路は、バイパス通路と温風通路とを合わせた断面積として広い断面積を確保することが可能なので、空気通過面の広い空気加熱器の配設が行える。これにより、空気加熱器による空気の加熱性能が高まる。また、空気加熱器がエアミックスドアと第２車室内熱交換器との間にないので、第２車室内熱交換器の厚み寸法を長くすることも可能になり、このことによっても空気の加熱性能が高まる。

また、空気加熱器が第２車室内熱交換器の上流側に位置しているので、第２車室内熱交換器に流入する空気の温度が高くなる。よって、暖房運転モード時にコンプレッサが消費するエネルギ量を減らすことが可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、
上記空気加熱器の空気通過部分は、上記温風通路と上記バイパス通路とに臨むように配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、空気加熱器の空気通過部分が広くなるので、加熱性能と空気加熱器の薄型化とを両立させて空気の圧力損失を低減することが可能になり、風量低下の抑制や、送風機の大型化を防止できる。

第３の発明は、第１の発明において、
上記空気加熱器は、該空気加熱器の空気通過部分が上記第１車室内熱交換器の空気通過部分に対して空気流れ方向下流側から対向するように配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、暖房運転モード時に、例えば車室外の空気を吸い込んだ場合に、車室外の空気を空気加熱器によって加熱した後、第２車室内熱交換器に流入させることが可能になる。

第４の発明は、第１の発明において、
上記空気加熱器は、該空気加熱器の空気通過部分が上記第１車室内熱交換器の空気通過部分に対して空気流れ方向上流側から対向するように配置されていることを特徴とする。

例えば、第１車室内熱交換器に温度センサを取り付ける際には、正確な温度を測定するために、第１車室内熱交換器の空気流れ方向下流側に取り付けるのが好ましい。この発明では、第１車室内熱交換器の空気流れ方向下流側に空気加熱器が無いので、温度センサを空気流れ方向下流側から第１車室内熱交換器に容易に取り付けることが可能になる。

第５の発明は、第１の発明において、
上記空気加熱器に供給される熱交換媒体を遮断する遮断弁を備え、
冷房運転モード時には、上記空気加熱器に供給される熱交換媒体が上記遮断弁によって遮断されることを特徴とする。

この構成によれば、温風がバイパス通路へ吹き出すのを抑制することが可能になる。

第６の発明は、第１の発明において、
上記空気加熱器に供給される熱交換媒体を遮断する遮断弁を備え、
上記エアミックスドアが上記温風通路の風量比率を最大比率とする作動状態以外の作動状態のときには、上記空気加熱器に供給される熱交換媒体が上記遮断弁によって遮断されることを特徴とする。

この構成によれば、最大の暖房能力が必要なときには熱交換媒体を空気加熱器に供給して熱交換媒体を空気の加熱に有効に利用することが可能になる。また、最大の暖房能力が必要なとき以外には、温風がバイパス通路へ吹き出すのを抑制することが可能になる。

第７の発明は、第１から６のいずれか１つの発明において、
車両の発熱する装置が、エンジンまたは電気部品からなることを特徴とする。

この構成によれば、排熱を暖房に有効に利用することが可能になる。

第１の発明によれば、ヒートポンプ装置の第１車室内熱交換器及び第２車室内熱交換器を収容する空調ケーシングに、温風通路とバイパス通路を形成し、第１車室内熱交換器と第２車室内熱交換器との間にエアミックスドアを配設し、エアミックスドアよりも空気流れ方向上流側に、車両の発熱する装置から熱交換媒体が供給される空気加熱器を設けたので、空気通過面の広い空気加熱器にすることができるとともに、第２車室内熱交換器の厚み寸法を長くすることができ、よって、空気の加熱性能を高めることができる。また、第２車室内熱交換器に流入する空気の温度が高くなるので、暖房運転モード時にコンプレッサが消費するエネルギ量を減らすことができる。

第２の発明によれば、空気加熱器の空気通過部分が温風通路とバイパス通路とに臨んでいるので、加熱性能向上と空気加熱器の薄型化とを両立させて空気の圧力損失を低減することができ、風量の低下を抑制できる。また、空気加熱器の薄型化によって空調ケーシングを小型化することもできる。

第３の発明によれば、空気加熱器の空気通過部分が第１車室内熱交換器の空気通過部分に対して空気流れ方向上流側から対向しているので、暖房運転モード時に車室外の空気を空気加熱器によって加熱することができ、熱のロスを少なくすることができる。

第４の発明によれば、第１車室内熱交換器の空気流れ方向下流側に例えば温度センサ等を取り付ける際に、取付作業性を良好にすることができる。

第５の発明によれば、冷房運転モード時に、空気加熱器に供給される熱交換媒体を遮断するようにしたので、バイパス通路へ温風が吹き出すのを抑制することができる。

第６の発明によれば、エアミックスドアが温風通路の風量比率を最大比率とする作動状態以外のときに、空気加熱器に供給される熱交換媒体を遮断弁によって遮断するので、熱交換媒体を空気の加熱に有効に利用することができるとともに、温風がバイパス通路へ吹き出すのを抑制することができる。

第７の発明によれば、車両のエンジンまたは電気部品の排熱を暖房に有効に利用することができる。

実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。 車両用空調制御装置のブロック図である。 暖房運転モード時の図１相当図である。 除湿暖房運転モード時の図１相当図である。 除湿運転モード時の図１相当図である。 冷房運転モード時の図１相当図である。 制御装置による制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の概略構成を示す図で、図２は本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の制御装置１２のブロック図である。車両用空調装置１は、空調ユニット１０と、ヒートポンプ装置Ｈと、ヒータコア（空気加熱器）１１と、制御装置１２とを備えている。ヒータコア１１には、車両のエンジンＥからエンジン冷却水が供給されるようになっている。

すなわち、車両には、エンジンＥが搭載されている。このエンジンＥのシリンダブロックに形成されたウォータジャケット（図示せず）には、エンジン冷却水が流出するエンジン冷却水流出管２と、エンジン冷却水流出管２から流出したエンジン冷却水をウォータジャケットに戻すリターン配管３とが接続されている。エンジン冷却水流出管２の下流側はヒータコア１１のエンジン冷却水流入部に接続されている。ヒータコア１１のエンジン冷却水流出部には、第１ラジエータ配管４が接続されている。第１ラジエータ配管４は、車両のラジエータＡに接続されている。第１ラジエータ配管４の中途部には、リターン配管３が接続されている。ラジエータＡには、電動ファンＦによって冷却風が送られるようになっている。

また、ラジエータＡには、第２ラジエータ配管５が接続されている。第２ラジエータ配管５は、エンジン冷却水流出管２の中途部に対してサーモスタット装置Ｂを介して接続されている。サーモスタット装置Ｂはエンジン冷却水の温度が所定温度以上となったときに、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水を第２ラジエータ配管５に流し、所定温度よりも低いときに第２ラジエータ配管５に流さないように構成された周知のものである。所定温度とは、例えばエンジンＥの暖気が完了した温度に設定することができる。サーモスタット装置Ｂは、エンジン冷却水をヒータコア１１側へ常時流すようにしている。

エンジン冷却水流出管２のサーモスタット装置Ｂよりもヒータコア１１側には、温水弁（遮断弁）Ｃが設けられている。温水弁Ｃは、第１ラジエータ配管４の中途部から分岐して延びるバイパス配管４ａに接続されている。温水弁Ｃは、周知の電動式の三方弁で構成されて制御装置１２によって制御され、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水をヒータコア１１に流してバイパス配管４ａに流さない状態（温水弁Ｃの開状態）と、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水をヒータコア１１に流さずバイパス配管４ａに流す状態（温水弁Ｃの閉状態）とに切り替えることができるようになっている。尚、エンジン冷却水は、図示しないがエンジンＥのウォータポンプによって送られて循環するようになっている。

ヒータコア１１は、図示しないが複数のチューブとフィンを積層して構成されたチューブアンドフィンタイプの熱交換器である。チューブの両端部には、ヘッダタンク（図示せず）がそれぞれ配設されており、これらヘッダタンクに対してエンジン冷却水流出管２及び第１ラジエータ配管４がそれぞれ接続されてエンジン冷却水がヒータコア１１に供給された後、ヒータコア１１から排出されるようになっている。ヒータコア１１の空気通過部分は、ヘッダタンクを除き、フィンが配設されている部分である。

ヒートポンプ装置Ｈは、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０と、車両の室外に配設される車室外熱交換器２１と、車両の室内に配設される上流側車室内熱交換器（第１車室内熱交換器）２２と、車両の室内において上流側車室内熱交換器２２よりも空調用空気の流れ方向下流側に配設される下流側車室内熱交換器（第２車室内熱交換器）２３と、第１減圧弁２４と、第２減圧弁２５と、受液器２６と、冷媒流通切替弁２７を備えている。

コンプレッサ２０は、例えば車両に搭載されたバッテリ（図示せず）から電力が供給されて作動する電動コンプレッサであり、回転数の増減によって単位時間当たりの冷媒吐出量を変更することができるように構成されている。車室外熱交換器２１は、車両のエンジンルームの前端部においてラジエータＡと前後方向に重なるように配設されている。上流側車室内熱交換器２２及び下流側車室内熱交換器２３の詳細については後述する。

ヒートポンプ装置Ｈは、冷媒が流通する第１〜第４冷媒配管３１〜３４を備えている。第１冷媒配管３１は、コンプレッサ２０の冷媒吐出部から下流側車室内熱交換器２３の冷媒流入部まで延びている。下流側車室内熱交換器２３の冷媒流入部は、冷媒流出部よりも空気流れ方向下流側に位置している。第２冷媒配管３２は、下流側車室内熱交換器２３の冷媒流出部から車室外熱交換器２１の冷媒流入部まで延びている。第３冷媒配管３３は、車室外熱交換器２１の冷媒流出部から上流側車室内熱交換器２２の冷媒流入部まで延びている。第３冷媒配管３３の中途部には、分岐管３３ａが設けられている。上流側車室内熱交換器２２の冷媒流入部は、冷媒流出部よりも空気流れ方向下流側に位置している。第４冷媒配管３４は、上流側車室内熱交換器２２の冷媒流出部からコンプレッサ２０の冷媒吸入部まで延びている。受液器２６は、第４冷媒配管３４の中途部においてコンプレッサ２０寄りの部位に配設されている。

第１減圧弁２４は、第２冷媒配管３２の中途部に配設されている。第２減圧弁２５は第３冷媒配管３３の分岐管３３ａよりも上流側車室内熱交換器２２寄りの部位に配設されている。第１減圧弁２４及び第２減圧弁２５は、周知の電動式のものであり、制御装置１２によって制御され、それぞれ、第２冷媒配管３２及び第３冷媒配管３３を全開にした状態から全閉にした状態まで任意の開度とすることができるように構成されている。

冷媒流通切替弁２７は、第４冷媒配管３４の中途部に配設されており、冷媒流通切替弁２７には第３冷媒配管３３の分岐管３３ａが接続されている。冷媒流通切替弁２７は、制御装置１２によって制御される電動式の切替弁であり、車室外熱交換器２１の冷媒流出部から第３冷媒配管３３を流れてきた冷媒を、上流側車室内熱交換器２２に流して第４冷媒配管３４には流さない状態と、上流側車室内熱交換器２２に流さずに第４冷媒配管３４には流す状態とに切り替えることができるように構成されている。

空調ユニット１０は、上流側車室内熱交換器２２、下流側車室内熱交換器２３及びヒータコア１１を収容する空調ケーシング１３を備えている。空調ケーシング１３の空気流れ方向上流側には、内外気切替部１４が設けられている。内外気切替部１４は、車室外の空気（外気）を導入する外気導入口１４ａと、車室内の空気（内気）を導入する内気導入口１４ｂとを有している。内外気切替部１４の内部には、外気導入口１４ａと内気導入口１４ｂを開閉するための内外気切替ドア１４ｃが配設されている。内外気切替ドア１４ｃは、図２に示す制御装置１２によって制御される内外気切替アクチュエータ１４ｄが駆動するものである。内外気切替部１４は、図１に示すように外気導入口１４ａを全閉にして内気導入口１４ｂを全開にする内気導入モードと、図示しないが外気導入口１４ａを全開にして内気導入口１４ｂを全閉にする外気導入モードとに切り替えられる。

内外気切替部１４には送風機１５が設けられている。送風機１５はファン１５ａとファン１５ａを回転駆動するブロアモーター１５ｂとを備えている。ファン１５ａの回転によって外気導入口１４ａまたは内気導入口１４ｂから空調用の空気が取り入られる。

空調ケーシング１３の内部には、内外気切替部１４よりも空気流れ方向下流側に、上流側通路Ｒ１が内外気切替部１４に連通するように形成されている。この上流側通路Ｒ１には、上流側車室内熱交換器２２及びヒータコア１１が配設される。上流側車室内熱交換器２２は、ヒータコア１１よりも空気流れ方向上流側に位置している。

上流側車室内熱交換器２２はヒータコア１１と同様なチューブアンドフィンタイプの熱交換器で構成されている。上流側車室内熱交換器２２及びヒータコア１１は、共に上流側通路Ｒ１の全体を横切るように配置されており、上流側通路Ｒ１を流通する空気の殆どが上流側車室内熱交換器２２及びヒータコア１１を通過するようになっている。ヒータコア１１の空気通過部分が上流側車室内熱交換器２２の空気通過部分に対して空気流れ方向下流側から対向するように配置されている。

空調ケーシング１３の内部には、上流側通路Ｒ１よりも空気流れ方向下流側に、温風通路Ｒ２と、バイパス通路Ｒ３とが形成されている。すなわち、上流側通路Ｒ１の下流側には、温風通路Ｒ２とバイパス通路Ｒ３とが連通しており、上流側通路Ｒ１を流れた空気は温風通路Ｒ２とバイパス通路Ｒ３とに流入可能になっている。温風通路Ｒ２の断面積、及びバイパス通路Ｒ３の断面積は、それぞれ上流側通路Ｒ１の断面積よりも狭く設定されている。この実施形態では、温風通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の合計断面積が上流側通路Ｒ１の断面積と同じ程度に設定されている。

ヒータコア１１の空気通過部分は、温風通路Ｒ２の上流端開口からバイパス通路Ｒ３の上流端開口に亘って臨むように配置されている。従って、ヒータコア１１を通過した空気は、温風通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の両方に流れることになる。

温風通路Ｒ２には、下流側車室内熱交換器２３が配設されている。下流側車室内熱交換器２３は、ヒータコア１１と同様なチューブアンドフィンタイプの熱交換器で構成されている。下流側車室内熱交換器２３は、温風通路Ｒ２の全体を横切るように配置されており、温風通路Ｒ２を流通する空気の殆どが下流側車室内熱交換器２３を通過するようになっている。つまり、温風通路Ｒ２には下流側車室内熱交換器２３を通過した空気が流れる。

温風通路Ｒ２には、下流側車室内熱交換器２３よりも空気流れ方向下流側に電気加熱器１６が配設されている。この電気加熱器１６は、電力の供給によって発熱する構造となっており、例えばＰＴＣ素子を使用した電気式ヒーター等で構成することができる。

バイパス通路Ｒ３は、下流側車室内熱交換器２３をバイパスした空気が流れる通路である。温風通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の空気流れ方向上流端部には、エアミックスドア１８が配設されている。従って、ヒータコア１１は、エアミックスドア１８よりも空気流れ方向上流側に配設されることになる。

エアミックスドア１８は、上流側車室内熱交換器２２と下流側車室内熱交換器２３との間に配設されており、温風通路Ｒ２の上流端開口と、バイパス通路Ｒ３の上流端開口とを開閉することによって温風通路Ｒ２を流通する風量とバイパス通路Ｒ３を流通する風量との比率を調整するためのものである。エアミックスドア１８が温風通路Ｒ２の上流端開口を全閉にし、バイパス通路Ｒ３の上流端開口を全開にすると、温風通路Ｒ２には空気が流れなくなり、一方、温風通路Ｒ２の上流端開口を全開にし、バイパス通路Ｒ３の上流端開口を全閉にすると、バイパス通路Ｒ３には空気が流れなくなる。エアミックスドア１８は制御装置１２によって制御されるエアミックスアクチュエータ１８ａで駆動される。エアミックスドア１８による温風通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の開度は任意に調整することが可能となっている。

空調ケーシング１３の内部には、温風通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の空気流れ方向下流側に連通するエアミックス空間Ｒ４が設けられている。エアミックス空間Ｒ４は、温風通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３を流通した空気を集合させて混合するためのものであり、このエアミックス空間Ｒ４で調和空気が生成される。

空調ケーシング１３のエアミックス空間Ｒ４よりも空気流れ方向下流側には、デフロスタ吹出口１３ａと、ベント吹出口１３ｂと、ヒート吹出口１３ｃとがエアミックス空間Ｒ４に連通するように形成されている。デフロスタ吹出口１３ａは、フロントガラス（図示せず）の内面に空調風を供給するためのものであり、インストルメントパネルのデフロスタノズル（図示せず）に接続されている。また、ベント吹出口１３ｂは、乗員の上半身に空調風を供給するためのものであり、インストルメントパネルのベントノズル（図示せず）に接続されている。また、ヒート吹出口１３ｃは乗員の足元近傍で開口している。

デフロスタ吹出口１３ａはデフロスタドア１３ｄで開閉され、ベント吹出口１３ｂはベントドア１３ｅで開閉され、ヒート吹出口１３ｃはヒートドア１３ｆで開閉されるようになっている。デフロスタドア１３ｄ、ベントドア１３ｅ及びヒートドア１３ｆは、吹出方向切替アクチュエータ１３ｇによって作動するようになっている。吹出方向切替アクチュエータ１３ｇは制御装置１２によって制御される。空調風の吹出モードは、デフロスタドア１３ｄ、ベントドア１３ｅ及びヒートドア１３ｆの開閉動作によって切り替えられ、例えばデフロスタモード、ベントモード、ヒートモード、バイレベルモード等の複数のモードのうちから、任意の１つに切り替えることができる。

図２に示すように、空調装置１には、外気温度センサ４０、内気温度センサ４１、日射量センサ４２、冷却水温センサ４３、エバポレータセンサ４４及び操作スイッチ４５が設けられている。センサ４０〜４４は、制御装置１２に接続され、制御装置１２へ信号を出力している。また、操作スイッチ４５も制御装置１２に接続されており、乗員による操作状態を制御装置１２が検出できるようになっている。

外気温度センサ４０は、例えば車室外において車両前部や側部等に配設されており、外気の温度を検出するためのセンサである。内気温度センサ４１は、例えば車室内においてインストルメントパネルの近傍等に配設されており、内気の温度を検出するためのセンサである。日射量センサ４２は車室に照射される日射量を検出するためのセンサである。冷却水温センサ４３は、エンジン冷却水の温度を検出ためのセンサである。エバポレータセンサ４４は、上流側車室内熱交換器２２の空気流れ方向下流側に配設されており、上流側車室内熱交換器２２の表面温度を検出するためのセンサである。操作スイッチ４５は、例えばインストルメントパネル等に配設されており、例えば、空調装置１のＯＮ／ＯＦＦの切替スイッチ、送風量を増減させる風量切替スイッチ、車室の温度を設定する温度設定スイッチ、内気循環、外気導入及び内外気混入モードを切り替える内外気切替スイッチ、オートエアコン制御とするか否かを選択するオートスイッチ、吹出方向を切り替える吹出モード切替スイッチ、デフロスタスイッチ等で構成されている。

制御装置１２は、上記センサ４０〜４４から出力される信号（出力値）と、操作スイッチ４５の操作状態とに基づいて、内外気切替アクチュエータ１４ｄ、エアミックスアクチュエータ１８ａ、吹出方向切替アクチュエータ１３ｇ、ブロアモータ１５ｂ、電気加熱器１６、コンプレッサ２０、第１減圧弁２４、第２減圧弁２５、冷媒流通切替弁２７及び温水弁Ｃを制御する。

すなわち、操作スイッチ４５のオートスイッチによってオートエアコン制御が選択された場合には、車室外の温度、車室内の温度、日射量、エンジン冷却水温度、上流側車室内熱交換器２２の表面温度、設定温度等に基づいて、車室内に供給する調和空気の目標吹出温度を決定するとともに、この目標吹出温度となるようにエアミックスドア１８の開度を演算し、エアミックスドア１８がこの開度となるようにエアミックスアクチュエータ１８ａを制御してエアミックスドア１８を回動させる。また、電気加熱器１６の加熱能力の制御、コンプレッサ２０の回転数の変更、第１減圧弁２４及び第２減圧弁２５の開度の変更、冷媒流通切替弁２７及び温水弁Ｃの開閉を行う。

制御装置１２による具体的な制御手順を図７に示すフローチャートに従って説明する。図７のフローチャートにおけるスタート後のステップＳ１では、周知の手法に従って空調モードを判定する。空調モードとは、この実施形態では暖房運転モード、除湿暖房運転モード、除湿運転モード、冷房モードの４つが基本であるが、例えば車室外熱交換器２１が着霜した場合には除霜運転モード等に移行することもある。空調モード判定は、外気温や内気温、乗員による設定温度等の条件によって乗員がどの運転モードを望んでいるか推定した結果に基づいて行われる。

ステップＳ１で暖房運転モードであると判定されるとステップＳ２に進み、除湿暖房運転モードであると判定されるとステップＳ３に進み、除湿運転モードであると判定されるとステップＳ４に進み、冷房運転モードであると判定されるとステップＳ５に進む。暖房モードであると判定されるとステップＳ２からステップＳ６に進み、図３に示すようにエアミックスドア１８を最大暖房位置にする。つまり、エアミックスドア１８によってバイパス通路Ｒ３を全閉にする。その後、ステップＳ７に進み、温水弁Ｃを開状態、即ち、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水がヒータコア１１に流れる状態にする。

ステップＳ７に続くステップＳ８では、ヒートポンプ装置Ｈを暖房運転モードで運転開始する。暖房運転モードでは、コンプレッサ２０を作動させるとともに、第１減圧弁２４を、減圧作用を発揮する開度にする。さらに、冷媒流通切替弁２７を、冷媒が上流側車室内熱交換器２２に流れないように切り替える。これにより、コンプレッサ２０から吐出された高温状態の冷媒が下流側車室内熱交換器２３に流れるので下流側車室内熱交換器２３が放熱器として作用する。また、車室外熱交換器２１には減圧後の冷媒が流れるので、車室外熱交換器２１は吸熱器として作用する。車室外熱交換器２１によって吸熱した冷媒がコンプレッサ２０に吸入される。また、電気加熱器１６をＯＮにしておく。

空調ケーシング１３に導入された空気は、始めに上流側通路Ｒ１に流入して上流側車室内熱交換器２２を通過する。上流側車室内熱交換器２２には冷媒が流れていないので、上流側車室内熱交換器２２を通過する空気は加熱も冷却もされない。その後、空気はヒータコア１１を通過する。ヒータコア１１には、エンジン冷却水が流れているので、エンジン冷却水と空気とが熱交換して空気が加熱される。

そして、空気は温風通路Ｒ２に流入して下流側車室内熱交換器２３を通過する。下流側車室内熱交換器２３には高温の冷媒が流れているので、下流側車室内熱交換器２３を通過する空気は加熱される。下流側車室内熱交換器２３を通過した空気は電気加熱器１６によっても加熱される。電気加熱器１６によって加熱された空気はエアミックス空間Ｒ４を通って吹出モードに対応した吹出口から車室に供給される。

ステップＳ１で除湿暖房運転モードであると判定されるとステップＳ３からステップＳ６に進み、図４に示すようにエアミックスドア１８を最大暖房位置にする。その後、ステップＳ７に進み、温水弁Ｃを開状態、即ち、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水がヒータコア１１に流れる状態にする。そして、ステップＳ８では、ヒートポンプ装置Ｈを除湿暖房運転モードで運転開始する。除湿暖房運転モードでは、コンプレッサ２０を作動させるとともに、第１減圧弁２４を、減圧作用を発揮する開度にする。さらに、冷媒流通切替弁２７を、冷媒が上流側車室内熱交換器２２に流れるように切り替える。第２減圧弁２５は減圧作用を発揮しない開度とする。これにより、コンプレッサ２０から吐出された高温状態の冷媒が下流側車室内熱交換器２３に流れるので下流側車室内熱交換器２３が放熱器として作用する。また、車室外熱交換器２１及び上流側車室内熱交換器２２には減圧後の冷媒が流れるので、車室外熱交換器２１及び上流側車室内熱交換器２２は吸熱器として作用する。車室外熱交換器２１及び上流側車室内熱交換器２２によって吸熱した冷媒は、コンプレッサ２０に吸入される。また、電気加熱器１６は暖房の要求度合いに応じてＯＮ／ＯＦＦにする。

空調ケーシング１３に導入された空気は、始めに上流側通路Ｒ１に流入して上流側車室内熱交換器２２を通過する。上流側車室内熱交換器２２には減圧後の冷媒が流れているので、上流側車室内熱交換器２２を通過する空気は冷却され、これにより除湿される。その後、空気はヒータコア１１を通過して加熱される。

そして、空気は温風通路Ｒ２に流入して下流側車室内熱交換器２３を通過して加熱される。下流側車室内熱交換器２３を通過した空気は電気加熱器１６がＯＮになっている場合には電気加熱器１６によっても加熱される。加熱後の空気はエアミックス空間Ｒ４を通って吹出モードに対応した吹出口から車室に供給される。

ステップＳ１で除湿運転モードであると判定されるとステップＳ４からステップＳ９に進み、図５に示すようにエアミックスドア１８によって温風通路Ｒ２とバイパス通路Ｒ３の開度を調整しながら、調和空気の温度調節を行う。その後、ステップＳ１０に進み、温水弁Ｃを閉状態、即ち、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水がヒータコア１１に流れない状態にする。そして、ステップＳ８では、ヒートポンプ装置Ｈを除湿運転モードで運転開始する。除湿運転モードでは、コンプレッサ２０を作動させるとともに、第１減圧弁２４を、減圧作用を発揮しない開度にする。さらに、冷媒流通切替弁２７を、冷媒が上流側車室内熱交換器２２に流れるように切り替える。第２減圧弁２５は、減圧作用を発揮する開度とする。これにより、コンプレッサ２０から吐出された高温状態の冷媒が下流側車室内熱交換器２３及び車室外熱交換器２１に流れるので下流側車室内熱交換器２３及び車室外熱交換器２１が放熱器として作用する。また、上流側車室内熱交換器２２には減圧後の冷媒が流れるので、上流側車室内熱交換器２２は吸熱器として作用する。上流側車室内熱交換器２２によって吸熱した冷媒は、コンプレッサ２０に吸入される。また、電気加熱器１６はＯＦＦにする。

空調ケーシング１３に導入された空気は、始めに上流側通路Ｒ１に流入して上流側車室内熱交換器２２を通過する。上流側車室内熱交換器２２には減圧後の冷媒が流れているので、上流側車室内熱交換器２２を通過する空気は冷却され、これにより除湿される。その後、空気はヒータコア１１を通過するが、ヒータコア１１にはエンジン冷却水が流れていないので、空気は加熱されない。

そして、空気はエアミックスドア１８の開度によって温風通路Ｒ２やバイパス通路Ｒ３に流入する。温風通路Ｒ２に流入した空気は下流側車室内熱交換器２３を通過して加熱される。下流側車室内熱交換器２３を通過した空気はエアミックス空間Ｒ４に流入する。バイパス通路Ｒ３を流れた空気もエアミックス空間Ｒ４に流入し、エアミックス空間Ｒ４で温風と混合して所望温度の調和空気となる。この調和空気は吹出モードに対応した吹出口から車室に供給される。

ステップＳ１で冷房運転モードであると判定されるとステップＳ５からステップＳ１１に進み、図６に示すようにエアミックスドア１８を最大冷房位置にする。つまり、エアミックスドア１８によって温風通路Ｒ２を全閉にする。その後、ステップＳ１０に進み、温水弁Ｃを閉状態、即ち、エンジン冷却水流出管２のエンジン冷却水がヒータコア１１に流れない状態にする。これにより、冷房運転モード時には、ヒータコア１１に供給される熱交換媒体としてのエンジン冷却水が温水弁Ｃによって遮断される。そして、ステップＳ８では、ヒートポンプ装置Ｈを冷房運転モードで運転開始する。冷房運転モードは除湿運転モードと同じである。

空調ケーシング１３に導入された空気は、始めに上流側通路Ｒ１に流入して上流側車室内熱交換器２２を通過する。上流側車室内熱交換器２２には減圧後の冷媒が流れているので、上流側車室内熱交換器２２を通過する空気は冷却される。その後、空気はヒータコア１１を通過するが、ヒータコア１１にはエンジン冷却水が流れていないので、空気は加熱されない。そして、空気はバイパス通路Ｒ３を通ってエアミックス空間Ｒ４に流入した後、吹出モードに対応した吹出口から車室に供給される。

この実施形態では、エアミックスドア１８が温風通路Ｒ２の風量比率を最大比率とする作動状態（暖房運転モード及び除湿暖房運転モード）以外の作動状態（除湿運転モード及び冷房運転モード）のときには、ヒータコア１１に供給されるエンジン冷却水が温水弁Ｃによって遮断されるように構成しているが、この構成に限定するものではなく、例えば暖房運転モード時のみ、温風通路Ｒ２の風量比率を最大比率にしてもよい。

以上説明したように、この実施形態によれば、冷房運転モード時には、車室外熱交換器２１及び下流側車室内熱交換器２３が放熱器となり、上流側車室内熱交換器２２が吸熱器となるので、上流側車室内熱交換器２２によって空調用空気が冷却される。

一方、暖房運転モード時には、下流側車室内熱交換器２３が放熱器となり、車室外熱交換器２１が吸熱器となる。空気は、車両の発熱する装置であるエンジンからエンジン冷却水が供給されるヒータコア１１で加熱された後、下流側車室内熱交換器２３によっても加熱される。このとき、ヒータコア１１は、エアミックスドア１８よりも空気流れ方向上流側、即ち、温風通路Ｒ２よりも上流側に配設されている。温風通路Ｒ２よりも上流側の上流側通路Ｒ１は、バイパス通路Ｒ３と温風通路Ｒ２とを合わせた断面積となっていて広い断面積が確保されているので、空気通過面の広いヒータコア１１の配設が行える。これにより、ヒータコア１１による空気の加熱性能を高めることができる。また、ヒータコア１１がエアミックスドア１８と下流側車室内熱交換器２３との間にないので、下流側車室内熱交換器２３の厚み寸法を長くすることも可能になり、このことによっても空気の加熱性能を高めることができる。

また、ヒータコア１１が下流側車室内熱交換器２３の上流側に位置しているので、下流側車室内熱交換器２３に流入する空気の温度が高くなる。よって、暖房運転モード時にコンプレッサ２０が消費するエネルギ量を減らすことが可能になる。

また、ヒータコア１１が温風通路Ｒ２とバイパス通路Ｒ３の両方に臨むように配置されているので、ヒータコア１１の空気通過部分を広くすることができ、加熱性能向上とヒータコア１１の薄型化とを両立させて空気の圧力損失を低減することが可能になり、風量低下の抑制や、送風機の大型化を防止できる。

尚、上記実施形態では、ヒータコア１１の空気通過部分が上流側車室内熱交換器２２の空気通過部分に対して空気流れ方向下流側から対向するように配置されているが、これに限らず、例えば、ヒータコア１１の空気通過部分が上流側車室内熱交換器２２の空気通過部分に対して空気流れ方向上流側から対向するように配置されていてもよい。この場合、例えば、上流側車室内熱交換器２２の空気流れ方向下流側にエバポレータセンサ４４を取り付ける際に、上流側車室内熱交換器２２の空気流れ方向下流側にヒータコア１１が無いので、エバポレータセンサ４４を空気流れ方向下流側から上流側車室内熱交換器２２に容易に取り付けることができる。

また、上記実施形態では、エンジンの熱をヒータコア１１に供給するようにしているが、これに限らず、例えば走行用モーターやバッテリ、インバータ装置等の電気部品（車両の発熱する装置）を冷却するための冷却水をヒータコア１１に供給するようにしてもよい。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置は、例えば自動車等に搭載することができる。

１ 車両用空調装置
１１ ヒータコア（空気加熱器）
１２ 制御装置
１３ 空調ケーシング
１８ エアミックスドア
２０ コンプレッサ
２１ 車室外熱交換器
２２ 上流側車室内熱交換器（第１車室内熱交換器）
２３ 下流側車室内熱交換器（第２車室内熱交換器）
２４ 第１減圧弁
２５ 第２減圧弁
Ｃ 温水弁（遮断弁）
Ｅ エンジン
Ｈ ヒートポンプ装置

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   車両の室外に配設される車室外熱交換器と、
   車両の室内に配設される第１車室内熱交換器と、
   車両の室内において上記第１車室内熱交換器よりも空調用空気の流れ方向下流側に配設される第２車室内熱交換器と、
   第１及び第２減圧弁とを備え、
   冷房運転モード時には、上記コンプレッサから吐出された冷媒を上記第２車室内熱交換器及び上記車室外熱交換器に流した後、上記第２減圧弁によって減圧して上記第１車室内熱交換器に流し、上記コンプレッサに吸入させる一方、暖房運転モード時には、上記コンプレッサから吐出された冷媒を上記第２車室内熱交換器に流した後、上記第１減圧弁によって減圧して上記車室外熱交換器に流し、上記コンプレッサに吸入させるように構成されたヒートポンプ装置を備えた車両用空調装置において、
   上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器を収容する空調ケーシングを備え、
   上記空調ケーシングの内部には、上記第２車室内熱交換器を通過した空気が流れる温風通路と、空気が上記第２車室内熱交換器をバイパスして流れるバイパス通路と、上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器の間に配設されて上記温風通路と上記バイパス通路の風量比率を調整するエアミックスドアと、上記エアミックスドアよりも空気流れ方向上流側に配設されて車両の発熱する装置から熱交換媒体が供給される空気加熱器とが設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記空気加熱器の空気通過部分は、上記温風通路と上記バイパス通路とに臨むように配置されていることを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記空気加熱器は、該空気加熱器の空気通過部分が上記第１車室内熱交換器の空気通過部分に対して空気流れ方向下流側から対向するように配置されていることを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記空気加熱器は、該空気加熱器の空気通過部分が上記第１車室内熱交換器の空気通過部分に対して空気流れ方向上流側から対向するように配置されていることを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記空気加熱器に供給される熱交換媒体を遮断する遮断弁を備え、
   冷房運転モード時には、上記空気加熱器に供給される熱交換媒体が上記遮断弁によって遮断されることを特徴とする車両用空調装置。
6. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記空気加熱器に供給される熱交換媒体を遮断する遮断弁を備え、
   上記エアミックスドアが上記温風通路の風量比率を最大比率とする作動状態以外の作動状態のときには、上記空気加熱器に供給される熱交換媒体が上記遮断弁によって遮断されることを特徴とする車両用空調装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
   車両の発熱する装置が、エンジンまたは電気部品からなることを特徴とする車両用空調装置。

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