JP2017193212A - 車両用空調装置及びそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、内部熱交換器を備えた車両用空調装置に関し、熱負荷が変動しても高い成績係数を維持することができる車両用空調装置を提供すること、及び高い成績係数を維持できる車両用空調装置を備えた車両を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る車両用空調装置は、圧縮機２、凝縮器３、膨張装置４及び蒸発器５を配管６１〜６６で接続して冷媒を循環させる冷媒回路９と、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２との間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器１０と、を有する冷凍サイクル１と、冷凍サイクル１の熱負荷を検出する熱負荷検知装置４０と、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、内部熱交換器１０での熱交換を抑制する熱交換量調整機構５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、内部熱交換器（ＩＨＸ＝Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を有する車両用空調装置及びそれを備える車両に関し、成績係数（ＣＯＰ＝Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を改善する技術に関する。

冷凍サイクルの能力を示す指標として成績係数（ＣＯＰ）が知られており、蒸発器での冷房能力を、圧縮機を駆動する動力で割った値として算出される。冷房能力を増大すること、及び圧縮機を駆動する動力を低減することで、成績係数を増加することができる。

冷凍サイクルの成績係数を増加する装置として、冷凍サイクルに、凝縮器を流れ出た相対的に温度の高い冷媒と、蒸発器を流れ出た相対的に温度の低い冷媒とを熱交換する内部熱交換器（ＩＨＸ）を設ける構成が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特許文献１の冷凍サイクルでは、凝縮器から流出した冷媒は、内部熱交換器によってエンタルピが低下した状態で蒸発器に流入するので、蒸発器の冷房能力が増大され、成績係数（ＣＯＰ）の増加に寄与する。一方、蒸発器から流出した冷媒は、内部熱交換器によってエンタルピが増大した状態で圧縮機に流入されるので、圧縮機を駆動する動力が増加し、成績係数の低下に寄与する。そして一般に、内部熱交換器が備えられた冷凍サイクルと、備えられていない冷凍サイクルとを比較すると、蒸発器での冷房能力が増大する割合が、圧縮機を駆動する動力が増加する割合よりも大きいので、成績係数（ＣＯＰ）が改善される。

特開２００８−１２２０３４号公報

前記したように、冷凍サイクルに内部熱交換器を備えることで、成績係数（ＣＯＰ）を向上することができるが、次に説明するように、冷凍サイクルの周囲の熱負荷によっては成績係数が低下し、改善の余地がある。

すなわち、熱負荷が高く凝縮器での放熱量が少ない場合、凝縮器から内部熱交換器に流入する冷媒のエンタルピが高いため、蒸発器から内部熱交換器に流入する冷媒に移動する熱量が多くなり、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度が大きくなる。さらに、蒸発器での吸熱量も多いから、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度は大きくなりやすい。そして、過熱度が大きくなる割合が、蒸発器の冷房能力が増大する割合よりも大きいので、成績係数（ＣＯＰ）が低下する。

本開示は、内部熱交換器を備えた車両用空調装置に関し、熱負荷が変動しても高い成績係数を維持することができる車両用空調装置を提供すること、及び高い成績係数を維持できる車両用空調装置を備えた車両を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空調装置は、圧縮機、凝縮器、膨張装置及び蒸発器を配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、前記凝縮器から前記膨張装置に導かれる前記冷媒が流れる第１の熱交換部と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる前記冷媒が流れる第２の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器と、を有する冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの熱負荷を検出する熱負荷検知装置と、前記熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、前記内部熱交換器での前記熱交換を抑制する熱交換量調整機構と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱交換量調整機構は、（１）第１の熱交換部を迂回して、前記凝縮器から前記膨張装置に前記冷媒を導く第１の迂回路、若しくは（２）第２の熱交換部を迂回して、前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に前記冷媒を導く第２の迂回路、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、前記冷媒回路と前記内部熱交換器迂回路とを流れる前記冷媒の比率を変更する比率調整手段と、該比率調整手段を制御する比率制御装置と、を有し、該比率制御装置は、前記熱負荷が前記所定の熱負荷より高いとき、前記内部熱交換器迂回路に流れる前記冷媒の比率を増加させることが好ましい。熱負荷が高いとき、内部熱交換器迂回路を通流する冷媒の比率を増加させ、すなわち、内部熱交換器を通流する冷媒の比率を減少させて、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度が大きくなり過ぎることを防止できる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記内部熱交換器は、前記第１の熱交換部と前記第２の熱交換部とが対をなす内部熱交換ユニットを複数有し、前記内部熱交換ユニットは、それぞれ前記冷媒回路に対して並列的に接続され、前記熱交換調整機構は、前記内部熱交換ユニットの各々に流す前記冷媒の分配度を変更する分配度調整手段と、該分配度調整手段を制御する分配度制御装置と、を有し、該分配度制御装置は、前記熱負荷が前記所定の熱負荷よりも高いとき、前記内部熱交換ユニットの各々に流す前記冷媒の分配度を偏らせることが好ましい。熱負荷が高いとき、内部熱交換ユニットを通流する冷媒の分配度を偏らせて、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度が大きくなり過ぎることを防止できる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱交換調整機構は、（１）前記冷媒回路と前記第１の熱交換部とを複数の位置で接続し、前記第１の熱交換部に対して接続部が直列的に配置される第１の接続配管部、若しくは（２）前記冷媒回路と前記第２の熱交換部とを複数の位置で接続し、前記第２の熱交換部に対して接続部が直列的に配置される第２の接続配管部のいずれか一方又は両方を有する接続配管部と、前記第１の接続配管部若しくは第２の接続配管部のいずれか一方又は両方に設けられて前記第１の熱交換部及び前記第２の熱交換部のうち熱交換する有効面積を変更する熱交換面積調整手段と、該熱交換面積調整手段を制御する有効面積制御装置と、を有し、該有効面積制御装置は、前記熱負荷が前記所定の熱負荷よりも高いとき、前記熱交換のための有効面積を減少させることが好ましい。熱負荷が高いとき、内部熱交換器での熱交換のための有効面積を減少させて、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度が大きくなり過ぎることを防止できる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱負荷検知装置は、車両の外気温度を検知する外気温度検出装置であることが好ましい。熱負荷をより適正に検出できる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱負荷検知装置は、前記蒸発器と前記第２の熱交換部との間の前記冷媒の圧力及び温度を検出する冷媒状態検出装置であることが好ましい。圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が一定となるように内部熱交換器での熱交換量を制御できるので、安定的に高い成績係数を得ることができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱交換量調整機構は、前記熱負荷が高くなるにつれて前記内部熱交換器での前記熱交換の抑制度合いを連続的又は段階的に高くする形態を包含する。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱交換量調整機構は、前記第２の熱交換部での前記冷媒の通流を抑制することが好ましい。第２の熱交換部での通路抵抗の増加を抑制することで、圧縮機による吸入圧力をより小さくでき、圧縮機の動力をより低下させることができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記熱交換量調整機構は、前記第１の熱交換部での前記冷媒の通流を抑制することが好ましい。第２の熱交換部を流れる冷媒の過熱度の上昇が抑制され、圧縮機による吸入圧力をより小さくでき、圧縮機の動力をより低下させることができる。

本発明に係る車両は、本発明に係る車両用空調装置を備えることを特徴とする。

本開示によれば、内部熱交換器を備えた車両用空調装置に関し、熱負荷が変動しても高い成績係数を維持することができる車両用空調装置を提供すること、及び高い成績係数を維持できる車両用空調装置を備えた車両を提供することができる。

本実施形態に係る車両用空調装置の一例を示すシステム図である。 第一例の熱交換量調整機構を説明するための図である。 第二例の熱交換量調整機構を説明するための図である。 第三例の熱交換量調整機構を説明するための図である。 熱交換の抑制度合いとＣＯＰとの関係を示す図であり、（ａ）は熱負荷とＣＯＰとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は熱負荷と熱交換の抑制度合いを示すグラフである。

以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。

図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の一例を示すシステム図である。本実施形態に係る車両用空調装置は、圧縮機２、凝縮器３、膨張装置４及び蒸発器５を配管６１〜６６で接続して冷媒を循環させる冷媒回路９と、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２との間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器１０と、を有する冷凍サイクル１と、冷凍サイクル１の熱負荷を検出する熱負荷検知装置４０と、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、内部熱交換器１０での熱交換を抑制する熱交換量調整機構５０と、を備える。

冷媒回路９は、圧縮機２と凝縮器３と膨張装置４と蒸発器５とを配管６１〜６６で接続した閉回路であり、内部を冷媒が循環する。冷媒は、例えば、Ｒ１３４ａなどのフロン系物質、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、又は二酸化炭素である。冷媒回路９は、内部を循環する冷媒がフロン系物質の場合、凝縮器３の内部、又は凝縮器３と内部熱交換器１０との間に、気体状の冷媒と液体状の冷媒とを分離するとともに、冷媒の一部を貯留するリキッドタンク（不図示）を備える。冷媒回路９は、内部を循環する冷媒が二酸化炭素の場合、蒸発器５と圧縮機２との間に、冷媒の一部を貯留するアキュムレータ（不図示）を備える。

圧縮機２は、エンジン（図示せず）からの駆動力を受けて、又は電力によって駆動するモータ（図示せず）の駆動力を受けて、低温低圧の気化状態の冷媒を圧縮して、高温高圧の気化状態の冷媒にする。圧縮機２は、例えば、固定容量型圧縮機、又は可変容量型圧縮機である。

凝縮器３は、一般的に車両の先端部（前方）のエンジンルーム内でラジエータの前面に配置される。凝縮器３は、熱交換器であり、圧縮機２から吐出された高温高圧の気化状態の冷媒を、フロントグリルなどの車両の前面部に設けられグリル開口部（不図示）から導入される車両前方の外気によって冷却し、高温高圧の液化状態の冷媒にする。グリル開口部から導入される外気は、車両の走行若しくは冷却ファン（不図示）の稼働のいずれか一方又は両方によって生成される。

膨張装置４は、凝縮器３で凝縮された冷媒を、絞り作用によって減圧・膨張させて、低温低圧の霧状の冷媒（気液混合状の冷媒）とするとともに、冷媒の流量の調整を行う。膨張装置４は、例えば、感温式膨張弁又は電子制御式膨張弁である。

蒸発器５は、熱交換器であり、膨張装置４で気液混合状となった冷媒を気化させ、そのときの蒸発熱によって蒸発器５を通過する送風空気を冷却除湿する。

内部熱交換器１０は、冷媒回路９上に配置される。内部熱交換器１０は、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２とを有し、第１の熱交換部１１を流れる相対的に高温の冷媒と第２の熱交換部１２を流れる相対的に低温の冷媒との間で熱交換を行う。

内部熱交換器１０は、第１の熱交換部１１と第２の熱交換部１２とを交互に並列した積層構造の内部熱交換器であるか、又は第２の熱交換部１２を構成する外管の内部に第１の熱交換部１１を構成する内管を配置した二重管構造の内部熱交換器であってもよい。

配管６１は、圧縮機２の出口と凝縮器３の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６２は、凝縮器３の出口と第１の熱交換部１１の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６３は、第１の熱交換部１１の出口と膨張装置４の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６４は、膨張装置４の出口と蒸発器５の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６５は、蒸発器５の出口と第２の熱交換部１２の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６６は、第２の熱交換部１２の出口と圧縮機２の入口とを直接的又は間接的に接続する。

熱負荷検知装置４０は、車両の外気温度を検知する外気温度検出装置であることが好ましい。熱負荷をより適正に検出できる。外気温度検出装置は、例えば、外気温度センサである。

また、熱負荷検知装置４０は、蒸発器５と第２の熱交換部１２との間の冷媒の圧力及び温度を検出する冷媒状態検出装置であることが好ましい。蒸発器５から流出した冷媒の過熱度を検知して冷凍サイクルが現時点で受けている熱負荷を好適に検知することができるので、安定的に高い成績係数を得ることができる。冷媒状態検出装置は、冷媒の圧力を検出する圧力検出部と冷媒の温度を検出する温度検出部とを有する装置である。圧力検出部は、例えば圧力センサであり、温度検出部は、例えば温度センサである。冷媒状態検出装置は、例えば、蒸発器５の冷媒出口管（不図示）、又は、蒸発器５の出口と第２の熱交換部１２の入口とを直接的又は間接的に接続する配管６５の内部を流れる冷媒と、測定点が接触するように取り付けられる。あるいは、冷媒状態検出装置のうち圧力センサについては、蒸発器５の冷媒出口管又は配管６５の内部を流れる冷媒と接触点が接触するように取り付け、温度センサについては、蒸発器５の冷媒出口管又は配管６５の外周と接触点が接触するように取り付けてもよい。

熱交換量調整機構５０は、冷凍サイクル１の熱負荷に応じて、内部熱交換器１０での熱交換量を変更させる機構である。熱交換量調整機構５０は、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、第１の熱交換部１１若しくは第２の熱交換部１２のいずれか一方又は両方での冷媒の通流を抑制することが好ましい。熱交換量調整機構５０は、例えば、図２〜図４に示す第一例〜第三例の熱交換量調整機構であることが好ましい。

図２は、第一例の熱交換量調整機構を説明するための図である。第一例の熱交換量調整機構は、（１）第１の熱交換部１１を迂回して、凝縮器３から膨張装置４に冷媒を導く第１の迂回路１５１Ａ、若しくは（２）第２の熱交換部１２を迂回して、蒸発器５から圧縮機２の吸入側に冷媒を導く第２の迂回路１５１Ｂ、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路１５１と、冷媒回路９と内部熱交換器迂回路１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）とを流れる冷媒の比率を変更する比率調整手段１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ）と、比率調整手段１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ）を制御する比率制御装置１５３と、を有し、比率制御装置１５３は、熱負荷が所定の熱負荷より高いとき、内部熱交換器迂回路１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）に流れる冷媒の比率を増加させることが好ましい。

本実施形態は、内部熱交換器迂回路１５１として、第１の迂回路１５１Ａ及び第２の迂回路１５１Ｂの両方を有する形態（図２に図示）、第１の迂回路１５１Ａを有し、かつ、第２の迂回路１５１Ｂを有さない形態（不図示）、又は第１の迂回路１５１Ａを有さず、かつ、第２の迂回路１５１Ｂを有する形態（不図示）を包含する。このうち、少なくとも第２の迂回路１５１Ｂを有する形態であることが好ましい。すなわち、熱交換量調整機構が、第２の熱交換部１２での冷媒の通流を抑制することが好ましい。第２の熱交換部１２に通流する冷媒の流量が少ないほど、第２の熱交換部１２での通路抵抗の増加量が抑制される。そして、圧縮機２による吸入圧力をより小さくでき、圧縮機２の動力をより低下させることができる。

第１の迂回路１５１Ａは、一端が配管６２に接続され、他端が配管６３に接続される。

第２の迂回路１５１Ｂは、一端が配管６５に接続され、他端が配管６６に接続される。

比率調整手段１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ）は、例えば、三方弁（図２に図示）である。比率調整手段１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ）が三方弁であるとき、三方弁は、配管６２と第１の迂回路１５１Ａとの接続点及び／又は配管６５と第２の迂回路１５１Ｂとの接続点に配置されることが好ましい。また、比率調整手段１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ）は、電磁弁又は感温弁であることが好ましく、感温弁であることがより好ましい。

比率調整手段１５２Ａは、第１の熱交換部１１と第１の迂回路１５１Ａとを流れる冷媒の比率を変更する。

比率調整手段１５２Ｂは、第２の熱交換部１２と第２の迂回路１５１Ｂとを流れる冷媒の比率を変更する。

比率制御装置１５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータである。比率制御装置１５３は、空調制御ユニット（不図示）に搭載されるか、又はエンジンコントロールユニットに搭載されることが好ましい。

比率制御装置１５３による制御を、内部熱交換器迂回路として第１の迂回路１５１Ａを有さず、かつ第２の迂回路１５１Ｂを有する場合を例にとって説明する。

まず、比率制御装置１５３は、熱負荷検知装置４０から熱負荷の情報が入力され、当該熱負荷と所定の熱負荷とを対比する（ステップ１１）。

ステップ１１において熱負荷が所定の熱負荷より高いと判定したとき、比率制御装置１５３は、比率調整手段１５２Ｂを制御して、第２の迂回路１５１Ｂを通流する冷媒の比率を増加させる（ステップ１２）。ステップ１２では、比率制御装置１５３は、熱負荷が高くなるにつれて第２の迂回路１５１Ｂを通流する冷媒の比率を増加させる。また、熱負荷の値によっては、第２の迂回路１５１Ｂに冷媒を通流させ、第２の熱交換部１２には冷媒を通流させなくてもよい。ステップ１２によって、熱負荷が高いとき、第２の熱交換部１２を通流する冷媒の比率が減少されることで、内部熱交換器１０での熱交換が抑制される。その結果、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度が大きくなり過ぎることを防止できる。

ステップ１１において、熱負荷が所定の熱負荷以下であると判定したとき、比率制御装置１５３は、比率調整手段１５２Ｂを制御して、第２の迂回路１５１Ｂを通流する冷媒の比率を減少させる（ステップ１３）。ステップ１３では、第２の熱交換部１２に冷媒を通流させ、第２の迂回路１５１Ｂには冷媒を通流させないことが好ましい。ステップ１３によって、熱負荷が低いとき、第２の熱交換部１２を通流する冷媒の比率が増加して、圧縮機２が吸入する冷媒の湿り度を低くできる。このため、圧縮機２が吸入する冷媒について液体状の冷媒が混入する割合を低減し、圧縮機２を駆動する動力の増加を抑制することができる。

ここまで、内部熱交換器迂回路として第１の迂回路１５１Ａを有さず、かつ、第２の迂回路１５１Ｂを有する場合の制御を説明してきたが、内部熱交換器迂回路として第１の迂回路１５１Ａを有し、かつ、第２の迂回路１５１Ｂを有さない場合、又は内部熱交換器迂回路として第１の迂回路１５１Ａ及び第２の迂回路１５１Ｂの両方を有する場合も、内部熱交換器迂回路として第１の迂回路１５１Ａを有さず、かつ、第２の迂回路１５１Ｂを有する場合と同様の制御をすることで、同様の作用効果を奏する。

図３は、第二例の熱交換量調整機構を説明するための図である。本実施形態に係る車両用空調装置では、内部熱交換器１０は、第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと第２の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃとが対をなす内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを複数有し、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ冷媒回路９に対して並列的に接続され、第二例の熱交換調整機構は、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々に流す冷媒の分配度を変更する分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ）と、分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ）を制御する分配度制御装置２５３と、を有し、分配度制御装置２５３は、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々に流す冷媒の分配度を偏らせることが好ましい。

内部熱交換ユニット１０Ａは、第１の熱交換部１１ａと第２の熱交換部１２ａとを有し、第１の熱交換部１１ａと第２の熱交換部１２ａとの間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器である。内部熱交換ユニット１０Ｂは、第１の熱交換部１１ｂと第２の熱交換部１２ｂとを有し、第１の熱交換部１１ｂと第２の熱交換部１２ｂとの間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器である。内部熱交換ユニット１０Ｃは、第１の熱交換部１１ｃと第２の熱交換部１２ｃとを有し、第１の熱交換部１１ｃと第２の熱交換部１２ｃとの間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器である。

内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは冷媒回路９に対して並列的に接続される。具体例としては、配管６２が３つに分岐されて各第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの入口に接続され、配管６３が３つに分岐されて各第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの出口に接続される。これによって、凝縮器３から流出した冷媒を、複数の第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃに分流させ、第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの下流で合流させて、膨張装置４へ導くことができる。また、配管６５が３つに分岐されて各第２の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの入口に接続され、配管６６が３つに分岐されて各第１の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出口に接続される。これによって、蒸発器５から流出した冷媒を、複数の第２の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃに分流させ、第２の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの下流で合流させ、圧縮機２へ導くことができる。

内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの数は、２個以上であればよく、本発明は、内部熱交換ユニットの数に限定されない。図３では、一例として内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの数が３個である形態を示した。

分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ）は、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで熱交換される冷媒の流通を開閉する弁であり、例えば、ストップバルブである。図３では、一例として、分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ）が第２の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃに設けられた形態を示したが、分配度調整手段は、第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃに設けられるか、又は、第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ及び第２の熱交換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの両方に設けられてもよい。このうち、少なくとも、第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃに設けられることが好ましい。すなわち、熱交換量調整機構が、第１の熱交換部１１での冷媒の通流を抑制することが好ましい。第１の熱交換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通流する冷媒の偏りが多いほど、第２の熱交換部１２を流れる冷媒の過熱度の上昇が抑制される。そして、圧縮機２による吸入圧力をより小さくでき、圧縮機２の動力をより低下させることができる。

分配度制御装置２５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータである。分配度制御装置２５３は、空調制御ユニット（不図示）に搭載されるか、又はエンジンコントロールユニットに搭載されることが好ましい。

第二例の熱交換調整機構は、第１の熱交換部と対をなさず、蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる内部熱交換器迂回用配管６７、若しくは、第２の熱交換部と対をなさず、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる内部熱交換器迂回用配管（不図示）のいずれか一方又は両方と、内部熱交換器迂回用配管６７へ流す冷媒の流量を変更する分配度調整手段２５２Ｄと、を更に有することが好ましい。

分配度制御装置２５３による制御を、分配度調整手段２５２が第２の熱交換部１２の冷媒の流通を開閉する場合を例にとって説明する。

まず、分配度制御装置２５３は、熱負荷検知装置４０から熱負荷の情報が入力され、当該熱負荷と所定の熱負荷とを対比する（ステップ２１）。

ステップ２１において、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いと判定したとき、分配度制御装置２５３は、分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄ）を制御して、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々に流す冷媒の分配度を偏らせる（ステップ２２）。例えば、分配度調整手段２５２Ａ，２５２Ｂを開とし、分配度調整手段２５２Ｃ，２５２Ｄを閉とする。そうすると、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂでは冷媒の熱交換が行われるが、内部熱交換ユニット１０Ｃでは冷媒の熱交換は行われない。その結果、内部熱交換器１０での熱交換量が、すべての内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで熱交換を行った場合と比較しておおよそ２／３に抑制される。また、分配度調整手段２５２Ａを開とし、分配度調整手段２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄを閉とすると、内部熱交換器１０での熱交換量が、すべての内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで熱交換を行った場合と比較しておおよそ１／３に抑制される。

ステップ２２では、分配度制御装置２５３は、熱負荷が高くなるにつれて、閉とする分配度調整手段２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃの数を１個、２個・・と段階的に増やすことが好ましい。また、分配度調整手段２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃを閉とし、分配度調整手段２５２Ｄを開として、内部熱交換器１０（内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）では熱交換を行わずに冷媒を圧縮機２へ流してもよい。ステップ２２によって、熱負荷が高いとき、内部熱交換器１０での熱交換が抑制され、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度が大きくなり過ぎることを防止できる。

ステップ２１において、熱負荷が所定の熱負荷以下であると判定したとき、分配度制御装置２５３は、分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄ）を制御して、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々に流す冷媒の分配度を均一化する（ステップ２３）。すなわち、分配度調整手段２５２Ａ，２５２Ｂ，２５３Ｃを開とするとともに、分配度調整手段２５２Ｄを閉とする。ステップ２３によって、圧縮機２が吸入する冷媒の湿り度を低くできる。

ここまで、分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄ）が第２の熱交換部１２の冷媒の流通を開閉する場合の制御を説明してきたが、分配度調整手段が第１の熱交換部１１の冷媒の流通を開閉する場合、又は、分配度調整手段が第１の熱交換部１１及び第２の熱交換部１２の冷媒の流通を開閉する場合も、分配度調整手段２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄ）が第２の熱交換部１２の冷媒の流通を開閉する場合と同様の制御をすることで、同様の作用効果を奏する。

図４は、第三例の熱交換量調整機構を説明するための図である。第三例の熱交換調整機構は、冷媒回路９と第２の熱交換部１２とを複数の位置で接続し、第２の熱交換部１２に対して接続部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が直列的に配置される接続配管部３５１（３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃ）と、接続配管部３５１（３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃ）に設けられて第２の熱交換部１２のうち熱交換する有効面積を変更する熱交換面積調整手段３５２（３５２Ａ，３５２Ｂ，３５２Ｃ）と、熱交換面積調整手段３５２（３５２Ａ，３５２Ｂ，３５２Ｃ）を制御する有効面積制御装置３５３と、を有し、有効面積制御装置３５３は、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、熱交換のための有効面積を減少させることが好ましい。

接続配管部３５１（３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃ）は、配管６５の冷媒の流れ方向に沿って設けられた複数の接続部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と、第２の熱交換部１２の冷媒の流れ方向に沿って設けられた複数の接続部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とをそれぞれ接続する配管である。第２の熱交換部１２に設けられた接続部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のうち一つの接続部Ｔ１は、第２の熱交換部１２の冷媒の流れ方向の上流側（この例では蒸発器５側）の端部に設けられることが好ましい。その他の接続部Ｔ２，Ｔ３は、第２の熱交換部１２の途中、例えば、接続部Ｔ１よりも下流側（この例では圧縮機２側）、かつ、下流側の端部よりも上流側に設けられる。隣り合う接続部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３間の距離は、図４に示すように均等であるか、又は不均等であってもよい。接続配管部３５１は、例えば、第２の熱交換部１２の上流側の端部に接続された上流接続配管部３５１Ａと、第２の熱交換部１２の途中に接続された中流接続配管部３５１Ｂと、第２の接続配管部３５１Ｂよりも下流側に接続された下流接続配管部３５１Ｃとを包含する。複数の接続配管部３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃは、相互に交差しないことが好ましく、相互に並行に配置されることがより好ましい。

熱交換面積調整手段３５２（３５２Ａ，３５２Ｂ，３５２Ｃ）は、接続配管部３５１（３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃ）の冷媒の流通を開閉する弁であり、例えば、ストップバルブである。

有効面積制御装置３５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータである。有効面積制御装置３５３は、空調制御ユニット（不図示）に搭載されるか、又はエンジンコントロールユニットに搭載されることが好ましい。

第三例の熱交換調整機構は、第２の熱交換部には接続されず、蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる内部熱交換器迂回用配管６８と、内部熱交換器迂回用配管６８へ流す冷媒の流量を変更する熱交換面積調整手段３５２Ｄと、を更に有することが好ましい。

第三例の熱交換調整機構を採用するとき、内部熱交換器１０は、二重管構造の内部熱交換器であることが好ましい。

ここまで、第三例の熱交換調整機構が、冷媒回路９と第２の熱交換部１２とを複数の位置で接続し、第２の熱交換部１２に対して接続部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が直列的に配置される接続配管部（以降、第２の接続配管部ということもある。）３５１を有する形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されない。第三例の熱交換調整機構は、冷媒回路９と第１の熱交換部１１とを複数の位置で接続し、第１の熱交換部１１に対して接続部が直列的に配置される第１の接続配管部（不図示）を有していてもよい。本実施形態は、熱交換調整機構として、第１の接続配管部を有さず、第２の接続配管部３５１を有する形態（図４に図示）、第１の接続配管部を有し、第２の接続配管部３５１を有さない形態（不図示）、又は第１の接続配管部及び第２の接続配管部３５１の両方を有する形態（不図示）を包含する。このうち、少なくとも第２の接続配管部３５１を有する形態であることが好ましい。すなわち、熱交換量調整機構が、第２の熱交換部１２での冷媒の通流を抑制することが好ましい。第２の熱交換部１２に通流する冷媒の流量が少ないほど、第２の熱交換部１２での通路抵抗の増加量が抑制される。そして、圧縮機２による吸入圧力をより小さくでき、圧縮機２の動力をより低下させることができる。

有効面積制御装置３５３による制御を、第２の接続配管部３５１を有する場合を例にとって説明する。

まず、有効面積制御装置３５３は、熱負荷検知装置４０から熱負荷の情報が入力され、当該熱負荷と所定の熱負荷とを対比する（ステップ３１）。

ステップ３１において、熱負荷が所定の熱負荷よりも高いと判定したとき、有効面積制御装置３５３は、熱交換面積調整手段３５２を制御して、熱交換のための有効面積を減少させる（ステップ３２）。例えば、上流接続配管部３５１Ａの熱交換面積調整手段３５２Ａ及び下流接続配管部３５１Ｃの熱交換面積調整手段３５２Ｃを閉とし、中流接続配管部３５１Ｂの熱交換面積調整手段３５２Ｂを開とする。そうすると、蒸発器５から流出した冷媒が第２の熱交換部１２の途中（接続部Ｔ２）から流入されて、熱交換のための有効面積が、第２の熱交換部１２の接続部Ｔ２よりも下流の領域に減少される。また、熱交換面積調整手段３５２Ａ，３５２Ｂを閉とし、熱交換面積調整手段３５２Ｃを開とすると、熱交換のための有効面積が、第２の熱交換部１２の接続部Ｔ３よりも下流の領域に減少される。このように、冷媒を流す接続配管部３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃを選択することによって、熱交換が行われる有効面積を変更することができる。内部熱交換器１０での熱交換量を、内部熱交換器１０の全領域で熱交換を行った場合と比較して抑制することができる。

ステップ３２では、有効面積制御装置３５３は、熱負荷が高くなるにつれて、熱交換が行われる有効面積を少なくすることが好ましい。例えば、有効面積制御装置３５３は、熱負荷が高くなるにつれて、開とする熱交換面積調整手段３５２を３５２Ａ，３５２Ｂ，３５２Ｃのように上流側から下流側に移行させる。また、熱交換面積調整手段３５２Ａ，３５２Ｂ，３５２Ｃを閉とし、熱交換面積調整手段３５２Ｄを開として、内部熱交換器１０では熱交換を行わずに冷媒を圧縮機２へ流してもよい。ステップ３２によって、熱負荷が高いとき、熱交換のための有効面積が減少されて、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度が大きくなり過ぎることを防止できる。

ステップ３１において、熱負荷が所定の熱負荷以下であると判定したとき、有効面積制御装置３５３は、熱交換面積調整手段３５２を制御して、熱交換のための有効面積を増加させる（ステップ３３）。例えば、上流接続配管部３５１Ａの熱交換面積調整手段３５２Ａを開とし、中流接続配管部３５１Ｂ，下流接続配管部３５１Ｃの熱交換面積調整手段３５２Ｂ，３５２Ｃを閉とする。そうすると、蒸発器５から流出した冷媒が第２の熱交換部１２の上流側の端部（接続部Ｔ１）から流入されて、第２の熱交換部１２の全域で熱交換が行われる。ステップ３３によって、熱負荷が低いとき、熱交換のための有効面積を増加して、圧縮機が吸入する冷媒の湿り度を低くできる。

第１の接続配管部を有する場合、又は第１の接続配管部及び第２の接続配管部の両方を有する場合も、第２の接続配管部３５１を有する場合と同様の制御をすることで、同様の作用効果を奏する。

図５は、熱交換の抑制度合いとＣＯＰとの関係を示す図であり、（ａ）は熱負荷とＣＯＰとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は熱負荷と熱交換の抑制度合いを示すグラフである。図５（ｂ）において、横軸は、熱負荷を示し、縦軸から離れるほど（右側ほど）熱負荷が大きくなり、縦軸は、内部熱交換器での熱交換の抑制度合いを示し、横軸から離れるほど（上側ほど）抑制度合いが大きくなる。抑制度合いが０％とは、内部熱交換器１０が本来有する熱交換能力を発揮している状態を意味する。抑制度合いが１００％とは、内部熱交換器１０が熱交換を一切行わないことを意味する。線８００は、内部熱交換器を有し、かつ、内部熱交換器での熱交換を抑制しない車両用空調装置（以降、従来の車両用空調装置という。）における熱交換の抑制度合い、線９００，９０１，９０２は本実施形態に係る車両用空調装置における熱交換の抑制度合いを示す。図５（ａ）において、横軸は図５（ｂ）の横軸と同軸であり、縦軸は、ＣＯＰを示し、横軸から離れるほど（上側ほど）ＣＯＰが大きくなる。線８０は線８００の制御をしたときのＣＯＰ、線９０は線９００，９０１，９０２の制御をしたときのＣＯＰを示す。

図５を参照して、本実施形態に係る車両用空調装置の作用効果を説明する。従来の車両用空調装置では、図５（ｂ）の線８００のように内部熱交換器１０での熱交換を抑制しないため、熱負荷が大きくなるにつれて圧縮機２に吸入される冷媒の過熱度が大きくなりやすい。その結果、図５（ａ）の線８０のように、熱負荷が大きくなるにつれてＣＯＰが低下する割合が大きくなる。これに対して、本実施形態に係る車両用空調装置では、第一例〜第三例の熱交換量調整機構が、図５（ｂ）の線９００，９０１，９０２のように、熱負荷が所定の熱負荷ｈ_０よりも高いとき、内部熱交換器１０での熱交換を抑制する。このため、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度が大きくなりすぎることが防止される。その結果、図５（ａ）の線９０のように、熱負荷が大きくなってもＣＯＰが低下する割合が従来の車両用空調装置（線８０）よりも小さくなる。また、本実施形態に係る車両用空調装置では、成績係数の最大値が、従来の車両用空調装置よりも大きく、かつ、従来の車両用空調装置よりも高熱負荷側で得られる。一方、熱負荷が所定の熱負荷ｈ_０以下であるとき、従来の車両用空調装置及び本実施形態に係る車両用空調装置ともに、内部熱交換器で熱交換が行われることで、圧縮機が吸入する冷媒の湿り度を低くすることができる。その結果、車両用空調装置が内部熱交換器を有さない場合と比較してＣＯＰを向上することができる。このように、本実施形態に係る車両用空調装置は、熱負荷が高いときは圧縮機が吸入する冷媒の過熱度が大きくなることを防止するとともに、熱負荷が低いときは圧縮機が吸入する冷媒の湿り度を低くすることができ、冷凍サイクルの高い成績係数を安定して得ることができる。

第一例〜第三例の熱交換量調整機構は、図５（ｂ）に示すように、熱負荷が高くなるにつれて内部熱交換器での前記熱交換の抑制度合いを連続的又は段階的に高くする形態を包含する。

抑制度合いを連続的に高くする形態は、例えば、図５の線９００のように右肩上がりの直線状に高くする形態、又は図５の線９０１のように右肩上がりの曲線状に高くする形態である。抑制度合いを連続的に高くする制御方法は、例えば、図２に示す第一例の熱交換量調整機構において、内部熱交換器迂回路１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）に流れる冷媒の比率を連続的に増加させる方法である。

抑制度合いを段階的に高くする形態は、例えば、図５の線９０２のように右肩上がりの階段状に高くする形態である。図５では一例として三段階に高くする形態を示したが、本発明は段階の数に限定されない。抑制度合いを段階的に高くする制御方法は、例えば、図２に示す第一例の熱交換量調整機構において、内部熱交換器迂回路１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）に流れる冷媒の比率を段階的に増加させる方法、図３に示す第二例の熱交換量調整機構において、内部熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々に流す冷媒の分配度を段階的に偏らせる方法、又は、図４に示す第三例の熱交換量調整機構において、熱交換のための有効面積を段階的に減少させる方法である。

また、抑制度合いを高くする形態は、連続的と段階的との組合せであってもよい。抑制度合いを連続的と段階的との組合せで高くする制御方法は、例えば、図２に示す第一例の熱交換量調整機構において、内部熱交換器迂回路１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）に流れる冷媒の比率を連続的に増加させたり段階的に増加させたりする方法である。

本実施形態に係る車両は、本実施形態に係る車両用空調装置を備える。

１ 冷凍サイクル
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 膨張装置
５ 蒸発器
９ 冷媒回路
１０ 内部熱交換器
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 内部熱交換ユニット
１１ 第１の熱交換部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 第１の熱交換部
１２ 第２の熱交換部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 第２の熱交換部
４０ 熱負荷検知装置
５０ 熱交換量調整機構
６１〜６６ 配管
６７，６８ 内部熱交換器迂回用配管
８０ 線（従来の車両用空調装置）
９０ 線（本実施形態に係る車両用空調装置）
１５１ 内部熱交換器迂回路
１５１Ａ 第１の迂回路
１５１Ｂ 第２の迂回路
１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ） 比率調整手段
１５３ 比率制御装置
２５２（２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄ） 分配度調整手段
２５３ 分配度制御装置
３５１（３５１Ａ，３５１Ｂ，３５１Ｃ） 接続配管部（第２の接続配管部）
３５２（３５２Ａ，３５２Ｂ，３５２Ｃ，３５２Ｄ） 熱交換面積調整手段
３５３ 有効面積制御装置
８００ 線（従来の車両用空調装置）
９００，９０１，９０２ 線（本実施形態に係る車両用空調装置）
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 接続部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 接続部

Claims (10)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張装置及び蒸発器を配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、前記凝縮器から前記膨張装置に導かれる前記冷媒が流れる第１の熱交換部と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる前記冷媒が流れる第２の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器と、を有する冷凍サイクルと、
   前記冷凍サイクルの熱負荷を検出する熱負荷検知装置と、
   前記熱負荷が所定の熱負荷よりも高いとき、前記内部熱交換器での前記熱交換を抑制する熱交換量調整機構と、を備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記熱交換量調整機構は、
   （１）第１の熱交換部を迂回して、前記凝縮器から前記膨張装置に前記冷媒を導く第１の迂回路、若しくは（２）第２の熱交換部を迂回して、前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に前記冷媒を導く第２の迂回路、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、
   前記冷媒回路と前記内部熱交換器迂回路とを流れる前記冷媒の比率を変更する比率調整手段と、
   該比率調整手段を制御する比率制御装置と、を有し、
   該比率制御装置は、前記熱負荷が前記所定の熱負荷より高いとき、前記内部熱交換器迂回路に流れる前記冷媒の比率を増加させ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. 前記内部熱交換器は、前記第１の熱交換部と前記第２の熱交換部とが対をなす内部熱交換ユニットを複数有し、
   前記内部熱交換ユニットは、それぞれ前記冷媒回路に対して並列的に接続され、
   前記熱交換調整機構は、
   前記内部熱交換ユニットの各々に流す前記冷媒の分配度を変更する分配度調整手段と、
   該分配度調整手段を制御する分配度制御装置と、を有し、
   該分配度制御装置は、前記熱負荷が前記所定の熱負荷よりも高いとき、前記内部熱交換ユニットの各々に流す前記冷媒の分配度を偏らせ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. 前記熱交換調整機構は、
   （１）前記冷媒回路と前記第１の熱交換部とを複数の位置で接続し、前記第１の熱交換部に対して接続部が直列的に配置される第１の接続配管部、若しくは（２）前記冷媒回路と前記第２の熱交換部とを複数の位置で接続し、前記第２の熱交換部に対して接続部が直列的に配置される第２の接続配管部のいずれか一方又は両方を有する接続配管部と、
   前記第１の接続配管部若しくは第２の接続配管部のいずれか一方又は両方に設けられて前記第１の熱交換部及び前記第２の熱交換部のうち熱交換する有効面積を変更する熱交換面積調整手段と、
   該熱交換面積調整手段を制御する有効面積制御装置と、を有し、
   該有効面積制御装置は、前記熱負荷が前記所定の熱負荷よりも高いとき、前記熱交換のための有効面積を減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
5. 前記熱負荷検知装置は、車両の外気温度を検知する外気温度検出装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の車両用空調装置。
6. 前記熱負荷検知装置は、前記蒸発器と前記第２の熱交換部との間の前記冷媒の圧力及び温度を検出する冷媒状態検出装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の車両用空調装置。
7. 前記熱交換量調整機構は、前記熱負荷が高くなるにつれて前記内部熱交換器での前記熱交換の抑制度合いを連続的又は段階的に高くすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の車両用空調装置。
8. 前記熱交換量調整機構は、前記第２の熱交換部での前記冷媒の通流を抑制することを特徴とする請求項２又は４に記載の車両用空調装置。
9. 前記熱交換量調整機構は、前記第１の熱交換部での前記冷媒の通流を抑制することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の車両用空調装置を備えることを特徴とする車両。

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