JP2017503709A - 車両用のヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、車両用のヒートポンプシステムに関するものであり、更に詳しくは、圧縮機と、空冷式凝縮器と、膨張手段及び蒸発器を備え、空調ケースの冷風通路に蒸発器が配設され、温風通路に空冷式凝縮器が配設されて冷暖房を行うヒートポンプシステムにおいて、圧縮機と空冷式凝縮器との間の冷媒循環ラインに冷媒と冷却水との間の熱交換を行う水冷式凝縮器を配設することにより、温風通路内の空冷式凝縮器の大きさが縮小され、その結果、ブロワの数や大きさの縮小はもとより、システムの全体の大きさの縮小が図られ、ブロワのモータの容量も低減されて消費動力及び騒音をも低減される車両用のヒートポンプシステムに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用のヒートポンプシステムに係り、より詳しくは、圧縮機と、空冷式凝縮器と、膨張手段及び蒸発器を備え、空調ケースの冷風通路に蒸発器が配設され、温風通路に空冷式凝縮器が配設されて冷暖房を行うヒートポンプシステムにおいて、圧縮機と空冷式凝縮器との間の冷媒循環ラインに冷媒と冷却水との間の熱交換を行う水冷式凝縮器を配設する車両用のヒートポンプシステムに関する。

通常の車両用エアコンシステムは、一般に、図１に示すとおり、冷媒を圧縮して送出する圧縮機１と、圧縮機１から送出される高圧の冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮器２において凝縮されて液化された冷媒を減圧膨張する、例えば、膨張弁３を備え、膨張弁３により減圧膨張された低圧の液相冷媒が車両室内に向かって送風される空気と熱交換されて蒸発することにより、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用により室内に吐き出される空気を冷却する蒸発器４が冷媒パイプにより接続されてなる冷凍サイクルにより構成され、下記の冷媒循環過程を経て自動車の室内を冷房する。
エアコンシステムの冷房スイッチ（図示せず）がオンになると、まず、圧縮機１がエンジン又はモータの動力により駆動され、低温低圧の気相冷媒を吸い込み、且つ、圧縮して高温高圧のガス状態で凝縮器２に送出する。凝縮器２はその気相冷媒を外気と熱交換させて高温高圧の液体に凝縮する。次いで、凝縮器２から高温高圧の状態で送出される液相冷媒は、膨張弁３の減圧膨張作用により急速に膨張されて低温低圧の湿飽和状態で蒸発器４に送られる。蒸発器４は、その冷媒をブロワ（図示せず）が車両の室内に送風する空気と熱交換させる。このため、冷媒は、蒸発器４において蒸発して低温低圧のガス状態で排出され、再び圧縮機１に吸い込まれて上記の冷凍サイクルを再循環する。
蒸発器４は、車両の室内側に配設された空調ケースの内部に配設されて冷房の役割を果たす。すなわち、ブロワ（図示せず）から送風される空気が蒸発器４を経て、蒸発器４内を循環する液相冷媒の蒸発潜熱により冷却されて冷たくなった状態で車両の室内に吐き出される。
また、車両の室内の暖房は、空調ケースの内部に配設されてエンジン冷却水が循環するヒータコア（図示せず）を用いるか、或いは、空調ケースの内部に配設される電気加熱式ヒータ（図示せず）を用いて行う。

一方、凝縮器２は、車両の前方側に配設されて空気との熱交換を行い、放熱を行う。
最近では、冷凍サイクルのみを用いて冷暖房を行うヒートポンプシステムが開発されている。図２に示すとおり、このヒートポンプシステムは、一つの空調ケース１０の内部に冷風通路１１及び温風通路１２が左右に仕切られて形成され、冷風通路１１には冷房のための蒸発器４を配設し、温風通路１２には暖房のための空冷式凝縮器２を配設した構造を有する。
このとき、空調ケース１０の出口側には、車室内に空気を供給する空気吐出口１５と、車室外に空気を放出する空気放出口１６と、が形成される。
また、冷風通路１１及び温風通路１２の各入口側には、ブロワ２０がそれぞれ配設される。
このため、冷房モード時には、冷風通路１１の蒸発器４を通過して冷却された冷風が空気吐出口１５を介して車室内に吐き出されて冷房を行う。このとき、温風通路１２の空冷式凝縮器２を通過して加熱された温風は、空気放出口１６を介して車室外に排出される。

暖房モード時には、温風通路１２の空冷式凝縮器２を通過して加熱された温風が空気吐出口１５を介して車室内に吐き出されて暖房を行う。このとき、冷風通路１１の蒸発器４を通過して冷却された冷風は、空気放出口１６を介して車室外に排出される。
しかしながら、従来の技術は、多くの放熱量を求める空冷式凝縮器２を形成するためには、空冷式凝縮器２の大きさ（厚さ及びチューブ熱）を増やさなければならず、しかも、ブロワ２０の大きさ及びブロワ２０のモータの容量を増やして空冷式凝縮器２に多くの風量を供給せねばならないため、システムの全体の大きさの肥大化につながるという問題がある。
なお、大きさが肥大化した空冷式凝縮器２の放熱のために大きな容量のブロワ２０及びモータが必要になる結果、消費動力が大きくなり、且つ、多くの風量により騒音が増えてしまうという問題もある。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、圧縮機、空冷式凝縮器、膨張手段及び蒸発器を備え、空調ケースの冷風通路に蒸発器が配設され、温風通路に空冷式凝縮器が配設されて冷暖房を行うヒートポンプシステムにおいて、圧縮機と空冷式凝縮器との間の冷媒循環ラインに冷媒と冷却水との間の熱交換を行う水冷式凝縮器を配設することにより、温風通路内の空冷式凝縮器の大きさが縮小され、その結果、ブロワの数や大きさの縮小はもとより、システムの全体の大きさの縮小が図られ、ブロワのモータの容量も低減されて消費動力及び騒音をも低減される車両用のヒートポンプシステムを提供することにある。

上述した目的を達成するためになされた本発明による車両用のヒートポンプシステムは、圧縮機、空冷式凝縮器、膨張手段及び蒸発器が冷媒循環ラインに接続されてなる車両用のヒートポンプシステムにおいて、内部に冷風通路及び温風通路が形成され、冷風通路には蒸発器が配設され、温風通路には空冷式凝縮器が配設される空調ケースと、空調ケースに配設されて冷風通路及び温風通路に空気を送風するブロワと、圧縮機と空冷式凝縮器との間の冷媒循環ラインに配設されて圧縮機から排出された冷媒を冷却水と熱交換させて凝縮させる水冷式凝縮器と、を備えることを特徴とする。

本発明は、圧縮機と空冷式凝縮器との間の冷媒循環ラインに冷媒と冷却水との間の熱交換を行う水冷式凝縮器を配設することにより、温風通路内の空冷式凝縮器の大きさが縮小され、その結果、ブロワの数や大きさの縮小はもとより、システムの全体の大きさの縮小が図られ、ブロワのモータの容量も低減されて消費動力及び騒音をも低減される。
また、冷暖房モードに応じて圧縮機から排出された冷媒と冷却水との間の熱交換を制御する制御手段を配設することにより、冷暖房モードに応じて水冷式凝縮器の使用有無が制御されて冷暖房性能が向上する。
更に、空冷式凝縮器の出口側の冷媒循環ラインに冷媒の圧力を上昇させる圧力上昇手段であるレシーバドライバを配設することにより、システムの冷媒の圧力の上昇により暖房性能が向上する。

通常の車両用のエアコンシステムの冷凍サイクルを示す構成図である。 従来の車両用のヒートポンプシステムを示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムを示す図である。 図３において、水冷式凝縮器を空調ケースの内部に設けた場合を示す図である。 図３において、内部熱交換器を付設した場合を示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおいて、単一のブロワを形成した場合を示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおける冷房モードを示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおける暖房モードを示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおける第１の実施形態による制御手段を示す図である。 図９において、補助レシーバドライバを空冷式凝縮器の一方の側に連設した場合を示す図である。 図９の冷房モード状態を示す図である。 図９の暖房モード状態を示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおける第２の実施形態による制御手段の冷房モード状態を示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおける第２の実施形態による制御手段の暖房モード状態を示す図である。 本発明による車両用のヒートポンプシステムにおいて、圧力上昇手段が配設された状態を示す図である。 図１５において、水冷式凝縮器を省略した場合を示す図である。 本発明によるヒートポンプシステム及び従来のヒートポンプシステムのＰ−Ｈ線図である。

以下、添付図面に基づき、本発明による車両用のヒートポンプシステムについて詳しく説明する。
図示したとおり、本発明による車両用のヒートポンプシステムは、圧縮機１００と、空冷式凝縮器１０１と、膨張手段１０３及び蒸発器１０４を冷媒循環ラインＲを用いて接続して、蒸発器１０４を用いて冷房を行い、空冷式凝縮器１０１を用いて暖房を行うシステムにおいて、空冷式凝縮器１０１はもとより、水冷式凝縮器１０６まで並設している。

まず、圧縮機１００は、動力供給源（エンジン又はモータなど）から動力を受け取って駆動されながら蒸発器１０４から吐き出された低温低圧の気相冷媒を吸い込み、且つ、圧縮して高温高圧のガス状態で吐き出す。
空冷式凝縮器１０１は、圧縮機１００から排出されて空冷式凝縮器１０１の内部を流動する高温高圧の気相冷媒と空冷式凝縮器１０１を通過する空気を互いに熱交換させ、この過程において冷媒は凝縮され、空気は加熱されて温風に切り換わる。
このような空冷式凝縮器１０１は、冷媒循環ラインＲ（冷媒配管）を千鳥状に形成した後、放熱フィン（図示せず）を設けたような構造を有するか、或いは、一対のヘッダタンクの間に複数のチューブ（図示せず）を連設し、各チューブの間に放熱フィンを設けたような構造を有する。
このため、圧縮機１００から排出された高温高圧の気相冷媒が千鳥状の冷媒循環ライン又は複数のチューブに沿って流動しながら空気と熱交換されて凝縮され、このとき、空冷式凝縮器１０１を通過する空気は加熱されて温風に切り換わる。

また、膨張手段１０３は、空冷式凝縮器１０１から排出されて流動する液相冷媒を減圧膨張作用を用いて急速に膨張させて低温低圧の湿飽和状態で蒸発器１０４に送る。
膨張手段１０３としては、膨張弁又はオリフィス構造が用いられる。
蒸発器１０４は、膨張手段１０３から排出されて流動する低圧の液相冷媒を空調ケース１１０内の空気と熱交換させて蒸発させることにより、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用を用いて空気を冷却させる。
次いで、蒸発器１０４において蒸発して排出された低温低圧の気相冷媒は、再び圧縮機１００に吸い込まれて、上述したサイクルを再循環する。

また、上述した冷媒循環過程において、車両の室内の冷房は、ブロワ１３０から送風される空気が空調ケース１１０内に流入して蒸発器１０４を通過しながら蒸発器１０４の内部を循環する液相冷媒の蒸発潜熱により冷却されて冷たくなった状態で車両の室内に吐き出されることにより行われ、車両の室内の暖房は、ブロワ１３０から送風される空気が空調ケース１１０内に流入して空冷式凝縮器１０１を通過しながら空冷式凝縮器１０１の内部を循環する高温高圧の気相冷媒の放熱により加熱されて熱くなった状態で車両の室内に吐き出されることにより行われる。
更に、空調ケース１１０は、空調ケース１１０の入口と出口との間において空調ケース１１０の内部を仕切る仕切壁１１３により冷風通路１１１及び温風通路１１２が仕切られて形成される。
このとき、空調ケース１１０は、仕切壁１１３を基準として一方の側は冷風の吐出のための冷風通路１１１が形成された第１のケース部により構成され、他方の側は温風の吐出のための温風通路１１２が形成された第２のケース部により構成され、第１のケース部及び第２のケース部は、一体に形成される。

仕切壁１１３は、図３に示したとおり、空調ケース１１０の内部通路を左右に仕切ることにより、空調ケース１１０の内部に冷風通路１１１及び温風通路１１２が左右に仕切られて形成される。もちろん、図示していないが、空調ケース１１０の内部を上下に仕切って冷風通路１１１及び温風通路１１２を上下に仕切って形成してもよい。
更にまた、冷風通路１１１には蒸発器１０４が配設され、温風通路１１２には空冷式凝縮器１０１が配設され、このとき、蒸発器１０４及び空冷式凝縮器１０１は、空気の流動方向に互いに所定の間隔を隔てて配設される。
また、仕切壁１１３には、温風通路１１２と冷風通路１１１とを連通させるバイパス通路１１４が貫設され、バイパス通路１１４には、バイパス通路１１４を開閉するバイパス扉１１５が配設される。
このとき、蒸発器１０４及び空冷式凝縮器１０１の位置とバイパス通路１１４の位置に応じて、温風通路１１２内の温風を冷風通路１１１に向かってバイパスするか、或いは、冷風通路１１１内の冷風を温風通路１１２に向かってバイパスする。

図示した例において、空冷式凝縮器１０１の上流側及び下流側の仕切壁１１３にそれぞれバイパス通路１１４を形成し、この場合、各バイパス通路１１４に配設されたバイパス扉１１５を調節して冷風通路１１１の冷風を温風通路１１２に向かってバイパスするか、或いは、温風通路１１２の温風を冷風通路１１１に向かってバイパスする。
すなわち、バイパス扉１１５がバイパス通路１１４を閉じた状態で、冷房モード時には、冷風通路１１１を流動しながら蒸発器１０４により冷却された冷風が車室内に供給されて冷房を行い、暖房モード時には、温風通路１１２を流動しながら空冷式凝縮器１０１により加熱された温風が車室内に供給されて暖房を行う。

このとき、冷房モード時に、空冷式凝縮器１０１の空気の流動方向の下流側に形成されたバイパス通路１１４のみを開く。この場合、温風通路１１２を流動する温風の一部が冷風通路１１１に向かって流動して冷風と合流されるため、温度が調節可能であるとともに、風量を増大することが可能である。
また、暖房モード時に、空冷式凝縮器１０１の空気の流動方向の上流側に形成されたバイパス通路１１４のみを開く場合、冷風通路１１１を流動する冷風の一部が温風通路１１２に向かって流動して温風と合流されるため、温度が調節可能であるとともに、風量を増大することが可能である。
一方、冷房モード時に、バイパス扉１１５がバイパス通路１１４を開いた場合には、冷風通路１１１を流動しながら蒸発器１０４により冷却された冷風の一部がバイパス通路１１４を介して温風通路１１２に向かってバイパスされて空冷式凝縮器１０１に向かって供給されることにより、空冷式凝縮器１０１が円滑に放熱され、これにより、冷媒温度が下がって冷房性能が向上する。
また、蒸発器１０４は、冷風通路１１１内における空気の流動方向に、且つ、バイパス通路１１４よりも上流側に配設される。
更に、空調ケース１１０の入口側には、冷風通路１１１及び温風通路１１２に空気を送風するブロワ１３０が配設される。

ブロワ１３０は、図３に示したとおり、２つ配設してもよく、或いは、図６に示すとおり、一つだけ配設してもよい。
まず、２つのブロワ１３０が形成される場合には、ブロワ１３０は、空調ケース１１０の冷風通路１１１の入口側に配設されて冷風通路１１１に向かって空気を送風する第１のブロワ１３０ａと、空調ケース１１０の温風通路１１２の入口側に配設されて温風通路１１２に向かって空気を送風する第２のブロワ１３０ｂと、を備える。
第１のブロワ１３０ａ及び第２のブロワ１３０ｂには、それぞれモータ（図示せず）及び送風ファン（図示せず）が配設され、内気及び外気を取り込むための取り込みダクト（図示せず）が設けられる。
もちろん、取り込みダクトは一つを設け、第１及び第２のブロワ１３０ａ、１３０ｂを共用してもよい。
このため、第１のブロワ１３０ａの作動時には冷風通路１１１内に空気が送風され、第２のブロワ１３０ｂの作動時には温風通路１１２内に空気が送風され、第１及び第２のブロワ１３０ａ、１３０ｂが別々に作動可能であるため、冷風通路１１１及び温風通路１１２を介して車室内に吐き出される風量も別々に調節可能である。

また、図６に示したとおり、単一のブロワ１３０が形成される場合には、冷風通路１１１及び温風通路１１２の入口側に単一のブロワ１３０が配設されて冷風通路１１１及び温風通路１１２にそれぞれ空気を送風する。
すなわち、単一のブロワ１３０の単一の出口が冷風通路１１１及び温風通路１１２の入口側と連通されるように接続される。
このとき、ブロワ１３０の出口側には、冷風通路１１１及び温風通路１１２に送風される風量を調節するように風量調節扉１３５が配設される。このため、単一のブロワ１３０を用いても、風量調節扉１３５を用いて冷風通路１１１及び温風通路１１２に送風される風量を調節することができる。
また、空調ケース１１０の冷風通路１１１の出口は、蒸発器１０４を通過した冷風を車室内に吐き出す冷風吐出口１１１ａと、蒸発器１０４を通過した冷風を車室外に放出する冷風放出口１１１ｂと、を備える。
更に、空調ケース１１０の温風通路１１２の出口は、空冷式凝縮器１０１を通過した温風を車室内に吐き出す温風吐出口１１２ａと、空冷式凝縮器１０１を通過した温風を車室外に放出する温風放出口１１２ｂと、を備える。

このとき、空調ケース１１０の冷風吐出口１１１ａ及び温風吐出口１１２ａは、隣設される。すなわち、冷風吐出口１１１ａ及び温風吐出口１１２ａが隣設されると、冷風及び温風を合流させて車室内に供給することができるので、車室内を適切な温度に調節することが可能である。
更にまた、冷風吐出口１１１ａ及び冷風放出口１１１ｂには、その開度を調節する冷風モード扉１２０が配設され、温風吐出口１１２ａ及び温風放出口１１２ｂには、その開度を調節する温風モード扉１２１が配設される。
このため、冷房モード時には、図７に示すとおり、冷風吐出口１１１ａ及び温風放出口１１２ｂが開かれて、冷風通路１１１を流動する空気は、蒸発器１０４を通過しながら冷却された後に冷風吐出口１１１ａを介して車室内に吐き出されて冷房を行う。このとき、温風通路１１２を流動する空気は、空冷式凝縮器１０１を通過しながら加熱された後に温風放出口１１２ｂを介して車室外に排出される。
暖房モード時には、図８に示すとおり、温風吐出口１１２ａ及び冷風放出口１１１ｂが開かれて、温風通路１１２を流動する空気は、空冷式凝縮器１０１を通過しながら加熱された後に温風吐出口１１２ａを介して車室内に吐き出されて暖房を行う。このとき、冷風通路１１１を流動する空気は、蒸発器１０４を通過しながら冷却された後に冷風放出口１１１ｂを介して車室外に排出される。

一方、冷風吐出口１１１ａの開度を調節する冷風モード扉１２０の場合、空冷式凝縮器１０１と同一線上に配置される。
また、圧縮機１００と空冷式凝縮器１０１との間の冷媒循環ラインＲには、圧縮機１００から排出されて流動する冷媒を冷却水と熱交換させて凝縮させる水冷式凝縮器１０６が連設される。
水冷式凝縮器１０６は、圧縮機１００から排出されて流動する高温高圧の気相冷媒を冷却水と熱交換させて液相冷媒に凝縮して吐き出す。
このような水冷式凝縮器１０６は、圧縮機１００から排出された冷媒が流動する冷媒流路１０６ａと、車両エンジンルーム内に配設された水冷ラジエータ２１０や車両の電装品を循環する冷却水が流動する冷却水流路１０６ｂとが互いに熱交換可能に設けられて、冷媒と冷却水との間の熱交換を行う。
水冷式凝縮器１０６は、冷媒流路１０６ａ及び冷却水流路１０６ｂを交互に積み重ねられた板状の熱交換器により構成される。

また、水冷式凝縮器１０６は、空調ケース１１０の外部に設けられることが好ましいが、図４に示したとおり、空調ケース１１０の内部に設けられてもよい。この場合、水冷式凝縮器１０６は、温風通路１１２内における空気の流動方向に、且つ、空冷式凝縮器１０１の上流側に配設される。すなわち、空冷式凝縮器１０１の空気の流動方向の下流側は熱い空気が流動するため、このような熱い空気の影響を受けないように空冷式凝縮器１０１の上流側に配設される。
水冷ラジエータ２１０は、冷却水循環ラインＷを介して水冷式凝縮器１０６の冷却水流路１０６ｂと接続され、冷却水循環ラインＷには、冷却水を循環させるためのウォータポンプ２００が配設される。
このように、冷却水循環ラインＷには、冷却水を循環させるウォータポンプ２００と、冷却水を空気と熱交換させて冷却させる水冷ラジエータ２１０と、が配設される。
水冷ラジエータ２１０は、主として車両の電装品を冷却させる用途に用いられる。

一方、図３乃至図８の冷却水循環ラインＷは、簡略に示したものであり、更に詳しくは、図９乃至図１５に示すとおり、冷却水循環ラインＷには、ウォータポンプ２００及び水冷ラジエータ２１０だけではなく、車両の電装品２２０と、冷却水循環ラインＷを循環する冷却水が電装品２２０をバイパスするようにする冷却水バイパスラインＷ１と、が更に配設される。
これにより、水冷ラジエータ２１０及び車両の電装品２２０を循環する冷却水が水冷式凝縮器１０６に循環する。
冷却水バイパスラインＷ１は、電装品２２０の入口側の冷却水循環ラインＷと出口側の冷却水循環ラインＷとを接続するように設けられ、冷却水バイパスラインＷ１と冷却水循環ラインＷとの間の分岐点には、冷却水方向切換え弁２３０が配設される。

冷却水方向切換え弁２３０は、電装品２２０を冷却させる必要がある場合には冷却水を電装品２２０に向かって循環させ、電装品２２０を冷却させる必要がない場合には冷却水を冷却水バイパスラインＷ１に向かって循環させる。
このため、ウォータポンプ２００が起動されると、冷却水循環ラインＷを循環する冷却水は、水冷式凝縮器１０６の冷却水流路１０６ｂを流動する過程において水冷式凝縮器１０６の冷媒流路１０６ａを流動する冷媒と熱交換され、この過程において、水冷式凝縮器１０６を流動する冷媒が冷却されながら凝縮される。
水冷式凝縮器１０６において凝縮された冷媒は、空冷式凝縮器１０１に流動して空調ケース１１０の温風通路１１２を流動する空気と熱交換されながら再び冷却される。
このように、空冷式凝縮器１０１だけではなく、水冷式凝縮器１０６を付設することにより、多くの放熱熱源が使用可能になり、これにより、空冷式凝縮器１０１の放熱性能を下げることが可能になる結果、空冷式凝縮器１０１の大きさが縮小され、その分、ブロワ１３０の風量や数及び大きさが縮小され、これは、システムの全体の大きさの縮小につながる。
また、水冷式凝縮器１０６の付設により、空冷式凝縮器１０１の大きさが縮小されて放熱性能を下げても良いので、ブロワ１３０のモータの容量も低減され、しかも、モータの消費動力及び騒音も低減される。

更に、図５及び図６に示したとおり、冷媒循環ラインＲには、空冷式凝縮器１０１から排出された冷媒と、蒸発器１０４から排出された冷媒とを互いに熱交換させる内部熱交換器１０９が配設される。
内部熱交換器１０９は、冷媒と冷媒との間の熱交換を行う熱交換器であり、図面に概略的に示したとおり、板状の熱交換器状、又は二重管状に形成される。
このため、空冷式凝縮器１０１を通過した冷媒が内部熱交換器１０９を流動する過程において蒸発器１０４から排出されて内部熱交換器１０９を流動する低温冷媒と熱交換されて更に過冷却された後に膨張弁１０３に流入し、冷却される。このように冷媒の温度が下がると、蒸発器１０４のエンタルピー差が増大しエアコンの性能が向上する。
また、蒸発器１０４から排出された後に内部熱交換器１０９を経て圧縮機１００に流入する冷媒の温度も下がるため、圧縮機１００から吐き出される冷媒の温度が上限値を超えなくなる。
一方、内部熱交換器１０９は、空調ケース１１０の外部に配設されてもよく、温風通路１１２内における空気の流動方向に、且つ、空冷式凝縮器１０１の上流側に配設されてもよい。

更に、図９乃至図１４に示すとおり、ヒートポンプシステムの冷暖房モードに応じて、圧縮機１００から排出された冷媒と冷却水との間の熱交換を制御する制御手段２５０、２５１が配設される。
制御手段２５０、２５１は、２種類の実施形態により形成される。
まず、第１の実施形態による制御手段２５０は、図９乃至図１２に示すとおり、水冷式凝縮器１０６の入口側の冷媒循環ラインＲと水冷式凝縮器１０６の出口側の冷媒循環ラインＲとを接続する第１のバイパスラインＲ１と、第１のバイパスラインＲ１と冷媒循環ラインＲとの間の分岐点に配設されて冷媒の流れ方向を切り換える第１の方向切換え弁１０７と、冷暖房モードに応じて第１の方向切換え弁１０７を制御する制御部２６０と、を備える。
第１の方向切換え弁１０７は、水冷式凝縮器１０６の入口側の冷媒循環ラインＲと第１のバイパスラインＲ１との間の分岐点に配設される。

制御部２６０は、冷房モード時に、図１１に示すとおり、圧縮機１００から排出された冷媒が水冷式凝縮器１０６に向かって流れるように第１の方向切換え弁１０７を制御し、暖房モード時に、図１２に示すとおり、圧縮機１００から排出された冷媒が第１のバイパスラインＲ１に向かって流れて水冷式凝縮器１０６をバイパスするように第１の方向切換え弁１０７を制御する。
すなわち、冷房モード時には、水冷式凝縮器１０６及び空冷式凝縮器１０１を併用して多くの放熱熱源を用いることにより、冷媒の温度が更に下がって冷房性能が向上する。
このとき、冷却水循環ラインＷの水冷ラジエータ２１０及び電装品２２０を循環する冷却水が水冷式凝縮器１０６に循環して冷媒と熱交換される。
暖房モード時には、第１のバイパスラインＲ１に冷媒が循環するため、水冷式凝縮器１０６には冷媒が流れず、空冷式凝縮器１０１の熱源のみを用いて暖房性能を実現するため、暖房性能が向上する。
もし、暖房モード時に水冷式凝縮器１０６に冷媒が流れると、冷却水との熱交換による放熱により冷媒の温度が下がるため、暖房性能が下がる。

一方、暖房モード時にも冷却水循環ラインＷの水冷ラジエータ２１０及び電装品２２０を循環する冷却水が水冷式凝縮器１０６に循環するが、水冷式凝縮器１０６には冷媒が流れないため、冷媒と冷却水との間の熱交換が行われない。
次いで、第２の実施形態による制御手段２５１は、図１３及び図１４に示すとおり、上述した第１のバイパスラインＲ１及び第１の方向切換え弁１０７を設けることなく、冷却水循環ラインＷの冷却水の流れを制御して圧縮機１００から排出された冷媒と冷却水との間の熱交換を制御する。
すなわち、第１の実施形態による制御手段２５０は、冷媒の流れを制御して冷媒と冷却水との間の熱交換を制御するのに対し、第２の実施形態による制御手段２５１は、冷却水の流れを制御して冷媒と冷却水との間の熱交換を制御する。
上述した第２の実施形態による制御手段２５１は、冷暖房モードに応じて冷却水循環ラインＷのウォータポンプ２００を制御して水冷式凝縮器１０６に循環する冷却水の流量を制御する制御部２７０を備える。

制御部２７０は、冷房モード時に、図１３に示すとおり、冷却水が水冷式凝縮器１０６に向かって循環するようにウォータポンプ２００をオン制御し、暖房モード時には、図１４に示すとおり、冷却水が水冷式凝縮器１０６に向かって循環しないようにウォータポンプ２００をオフ制御する。
すなわち、第２の実施形態による制御手段２５１においては、冷暖房モード時に圧縮機１００から排出された冷媒が水冷式凝縮器１０６及び空冷式凝縮器１０１を両方とも通過するが、水冷式凝縮器１０６に循環する冷却水の流れを冷暖房モードに応じてオン又はオフにして水冷式凝縮器１０６を流動する冷媒との間の熱交換を制御する。
このため、冷房モード時には、図１３に示すとおり、ウォータポンプ２００がオン作動して水冷式凝縮器１０６に冷却水が循環するため、圧縮機１００から排出された冷媒が水冷式凝縮器１０６において冷却水と熱交換されて冷却放熱された後、空冷式凝縮器１０１において空調ケース１１０の温風通路 １１２を流動する空気と熱交換されて過冷却されて放熱されることにより、水冷式凝縮器１０６及び空冷式凝縮器１０１を併用して多くの放熱熱源が利用可能になるので、冷房性能が向上する。

暖房モード時には、図１４に示すとおり、ウォータポンプ２００がオフ作動して水冷式凝縮器１０６に冷却水が循環しないため、圧縮機１００から排出された冷媒が水冷式凝縮器１０６を通過した後、空冷式凝縮器１０１において空調ケース１１０の温風通路１１２を流動する空気と熱交換されて冷却されて放熱されることにより、空冷式凝縮器１０１の熱源のみを用いて暖房性能を実現するため、暖房性能が向上する。
また、図１５及び図１６に示すとおり、空冷式凝縮器１０１の出口側の冷媒循環ラインＲには、システムの冷媒圧力を上昇させる圧力上昇手段１４０が配設される。
圧力上昇手段１４０は、冷媒循環ラインＲを循環する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、液相冷媒を吐き出すレシーバドライバ１４１により構成される。
レシーバドライバ１４１は、空冷式凝縮器１０１と膨張手段１０３との間の冷媒循環ラインＲに配設されて、液相冷媒を貯留する役割を果たすだけではなく、冷媒循環ラインＲを流動する冷媒に対して抵抗の役割を果たすので、システムの冷媒圧力を上昇させ、これにより、暖房性能が向上する。

図１７は、本発明によるヒートポンプシステム及び従来のヒートポンプシステムのＰ−Ｈ線図であり、本発明のように、空冷式凝縮器１０１の出口側の冷媒循環ラインＲに圧力上昇手段１４０であるレシーバドライバ１４１を設けた場合、圧力上昇手段を設けていない従来よりもＰ−Ｈ線図を上げることにより、システムの冷媒圧力の上昇による暖房性能の向上が図れる。
更に、図１５に示すとおり、冷媒循環ラインＲには、圧力上昇手段１４０であるレシーバドライバ１４１の入口側の冷媒循環ラインＲと出口側の冷媒循環ラインＲとを接続して冷媒がレシーバドライバ１４１をバイパスするようにする第２のバイパスラインＲ２が配設される。
更にまた、冷媒循環ラインＲと第２のバイパスラインＲ２との間の分岐点には、冷媒の流れ方向を切り換える第２の方向切換え弁１４５が配設される。
すなわち、第２のバイパスラインＲ２及び第２の方向切換え弁１４５を配設することにより、システムの冷暖房性能の向上のために冷媒循環ラインＲを循環する冷媒がレシーバドライバ１４１を選択的に通過するようにする。

一方、図１６に示すとおり、冷媒循環ラインＲに圧力上昇手段１４０が配設された場合には、水冷式凝縮器１０６が省略可能である。水冷式凝縮器１０６が省略された場合には、空冷式凝縮器１０１の一方の側に補助レシーバドライバ１０８を配設することが好ましい。
また、図９と、図１１乃至図１５に示すとおり、水冷式凝縮器１０６と空冷式凝縮器１０１との間の冷媒循環ラインＲには、水冷式凝縮器１０６から排出されて流動する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、液相冷媒を吐き出す補助レシーバドライバ１０８が配設される。
このため、水冷式凝縮器１０６と空冷式凝縮器１０１との間に補助レシーバドライバ１０８を配設すると、補助レシーバドライバ１０８の上流側に配設された水冷式凝縮器１０６は全体が凝縮領域に設定され、補助レシーバドライバ１０８の下流側に配設された空冷式凝縮器１０１は全体が過冷領域に設定される。
このように、補助レシーバドライバ１０８の下流側に配設された空冷式凝縮器１０１が過冷領域として活用可能であるというメリットがあるため、冷媒の温度が下がって冷房性能が向上し、圧縮機１００に流入する冷媒の温度も下がって圧縮機１００の吐出冷媒温度の過度な上昇が防がれてヒートポンプシステムの耐久性及び安定性が向上する。

一方、暖房モード時には、第１のバイパスラインＲ１に冷媒が流れながら水冷式凝縮器１０６はもとより、補助レシーバドライバ１０８まで冷媒がバイパスする。
また、補助レシーバドライバ１０８は他の個所に配設してもよいが、図１０及び図１６に示すとおり、空冷式凝縮器１０１の一方の側に連設して、空冷式凝縮器１０１を流動する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、液相冷媒を吐き出す。
すなわち、空冷式凝縮器１０１を２つの熱交換領域に分割し、２つの熱交換領域をつなぐ冷媒循環ラインＲに補助レシーバドライバ１０８を連設する。この場合、２つの熱交換領域のうち補助レシーバドライバ１０８の上流側領域は凝縮領域に設定され、補助レシーバドライバ１０８の下流側領域は過冷領域に設定される。
更に、図１５及び図１６に示すとおり、圧縮機１００の入口側の冷媒循環ラインＲにはアキュミュレータ１０５が配設される。
アキュミュレータ１０５は、冷媒循環ラインＲを循環する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、気相冷媒を圧縮機１００に向かって吐き出す。
このように、アキュミュレータ１０５は、圧縮機１００に気相冷媒のみを供給し、液相冷媒が供給されることを遮断して圧縮機１００の破損を防ぐ。

以下、本発明による車両用のヒートポンプシステムの冷媒流動過程について説明するが、説明の便宜上、図１１の冷房モードである場合を例にとって説明する。
まず、圧縮機１００において圧縮されて排出される高温高圧の気相冷媒は、水冷式凝縮器１０６の冷媒流路１０６ａに流入する。
水冷式凝縮器１０６の冷媒流路１０６ａに流入した気相冷媒は、水冷ラジエータ２１０及び電装品２２０を循環しながら水冷式凝縮器１０６の冷却水流路１０６ｂに流入した冷却水と熱交換され、この過程において冷媒が冷却されながら液相に変化する。
水冷式凝縮器１０６から排出された冷媒は、補助レシーバドライバ１０８に流入して気相冷媒及び液相冷媒が分離され、液相冷媒が空冷式凝縮器１０１に流入する。
空冷式凝縮器１０１に流入した冷媒は、空調ケース１１０の温風通路１１２を流動する空気との熱交換により再び冷却（過冷却）された後、膨張手段１０３に流入して減圧膨張される。
膨張手段１０３において減圧膨張された冷媒は、低温低圧の霧化状態になって蒸発器１０４に流入し、蒸発器１０４に流入した冷媒は、空調ケース１１０の冷風通路１１１を流動する空気と熱交換されて蒸発される。
次いで、蒸発器１０４から排出された低温低圧の冷媒は、圧縮機１００に流入し、次いで、上述した冷凍サイクルを再循環する。
一方、暖房モードである場合には、圧縮機１００から排出された冷媒が第１のバイパスラインＲ１を介して水冷式凝縮器１０６及び補助レシーバドライバ１０８をバイパスして空冷式凝縮器１０１に直ちに流動する。

以下、冷房モード及び暖房モード時の空気の流動過程について説明する。
イ．冷房モード
冷房モード時には、図７及び図１１に示すとおり、冷風モード扉１２０は冷風吐出口１１１ａを開き、温風モード扉１２１は温風放出口１１２ｂを開く。
また、ブロワ１３０を介して空調ケース１１０の冷風通路１１１及び温風通路１１２に空気が送風される。
次いで、空調ケース１１０の冷風通路１１１に送風された空気は、蒸発器１０４と熱交換されて冷風に切り換わり、次いで、冷風吐出口１１１ａを介して車室内に吐き出されて車室内を冷房する。
更に、空調ケース１１０の温風通路１１２に送風された空気は、空冷式凝縮器１０１を通過しながら加熱されて温風に切り換わり、この温風は、温風放出口１１２ｂを介して車室外に排出される。

ロ．暖房モード
暖房モード時には、図８及び図１２に示すとおり、冷風モード扉１２０は冷風放出口１１１ｂを開き、温風モード扉１２１は温風吐出口１１２ａを開く。
また、ブロワ１３０を介して空調ケース１１０の冷風通路１１１及び温風通路１１２に空気が送風される。
次いで、空調ケース１１０の冷風通路１１１に送風された空気は、蒸発器１０４と熱交換されて冷風に切り換わり、次いで、冷風放出口１１１ｂを介して車室外に排出される。
更に、空調ケース１１０の温風通路１１２に送風された空気は、空冷式凝縮器１０１を通過しながら加熱されて温風に切り換わり、この温風は、温風吐出口１１２ａを介して車室内に吐き出されて車室内を暖房する。

１：圧縮機
２：（空冷式）凝縮器
３：膨張弁
４：蒸発器
１０：空調ケース
１１：冷風通路
１２：温風通路
１５：空気吐出口
１６：空気放出口
２０：ブロワ
１００：圧縮機
１０１：空冷式凝縮器
１０３：膨張手段、膨張弁
１０４：蒸発器
１０５：アキュミュレータ
１０６：水冷式凝縮器
１０６ａ：冷媒流路
１０６ｂ：冷却水流路
１０７：第１の方向切換え弁
１０８：補助レシーバドライバ
１０９：内部熱交換器
１１０：空調ケース
１１１：冷風通路
１１１ａ：冷風吐出口
１１１ｂ：冷風放出口
１１２：温風通路
１１２ａ：温風吐出口
１１２ｂ：温風放出口
１１３：仕切壁
１１４：バイパス通路
１１５：バイパス扉
１２０：冷風モード扉
１２１：温風モード扉
１３０：ブロワ
１３０ａ：第１のブロワ
１３０ｂ：第２のブロワ
１３５：風量調節扉
１４０：圧力上昇手段
１４１：レシーバドライバ
１４５：第２の方向切換え弁
２００：ウォータポンプ
２１０：水冷ラジエータ
２２０：電装品
２３０：冷却水方向切換え弁
２５０、２５１：制御手段
２６０、２７０：制御部
Ｒ：冷媒循環ライン
Ｒ１：第１のバイパスライン
Ｒ２：第２のバイパスライン
Ｗ：冷却水循環ライン
Ｗ１：冷却水バイパスライン

Claims (25)

1. 圧縮機（１００）、空冷式凝縮器（１０１）、膨張手段（１０３）及び蒸発器（１０４）が冷媒循環ライン（Ｒ）に接続されてなる車両用のヒートポンプシステムにおいて、
   内部に冷風通路（１１１）及び温風通路（１１２）が形成され、前記冷風通路（１１１）には前記蒸発器（１０４）が配設され、前記温風通路（１１２）には前記空冷式凝縮器（１０１）が配設される空調ケース（１１０）と、
   該空調ケース（１１０）に配設されて前記冷風通路（１１１）及び温風通路（１１２）に空気を送風するブロワ（１３０）と、
   前記圧縮機（１００）と空冷式凝縮器（１０１）との間の前記冷媒循環ライン（Ｒ）に配設されて前記圧縮機（１００）から排出された冷媒を冷却水と熱交換させて凝縮させる水冷式凝縮器（１０６）と、
   を備えることを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
2. 前記空調ケース（１１０）の内部には、前記冷風通路（１１１）と温風通路（１１２）とを仕切る仕切壁（１１３）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
3. 前記ブロワ（１３０）は、前記空調ケース（１１０）の前記冷風通路（１１１）の入口側に配設されて前記冷風通路（１１１）に向かって空気を送風する第１のブロワ（１３０ａ）と、前記空調ケース（１１０）の前記温風通路（１１２）の入口側に配設されて前記温風通路（１１２）に向かって空気を送風する第２のブロワ（１３０ｂ）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
4. 前記ブロワ（１３０）は、単一のブロワにより構成されて前記冷風通路（１１１）及び温風通路（１１２）にそれぞれ空気を送風することを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
5. 前記ブロワ（１３０）の出口側には、前記冷風通路（１１１）及び温風通路（１１２）に送風される風量を調節するように風量調節扉（１３５）が配設されることを特徴とする請求項４に記載の車両用のヒートポンプシステム。
6. 前記空調ケース（１１０）の前記冷風通路（１１１）の出口は、前記蒸発器（１０４）を通過した冷風を車室内に吐き出す冷風吐出口（１１１ａ）と、前記蒸発器（１０４）を通過した冷風を車室外に放出する冷風放出口（１１１ｂ）と、を備え、
   前記空調ケース（１１０）の前記温風通路（１１２）の出口は、前記空冷式凝縮器（１０１）を通過した温風を車室内に吐き出す温風吐出口（１１２ａ）と、前記空冷式凝縮器（１０１）を通過した温風を車室外に放出する温風放出口（１１２ｂ）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
7. 前記空調ケース（１１０）の前記冷風吐出口（１１１ａ）及び温風吐出口（１１２ａ）は、隣設されることを特徴とする請求項６に記載の車両用のヒートポンプシステム。
8. 前記冷風吐出口（１１１ａ）及び冷風放出口（１１１ｂ）には、その開度を調節するように冷風モード扉（１２０）が配設され、
   前記温風吐出口（１１２ａ）及び温風放出口（１１２ｂ）には、その開度を調節するように温風モード扉（１２１）が配設されることを特徴とする請求項６に記載の車両用のヒートポンプシステム。
9. 前記仕切壁（１１３）には、前記温風通路（１１２）と冷風通路（１１１）とを連通させるバイパス通路（１１４）が貫設され、前記バイパス通路（１１４）には、該バイパス通路（１１４）を開閉するバイパス扉（１１５）が配設されることを特徴とする請求項２に記載の車両用のヒートポンプシステム。
10. 前記バイパス通路（１１４）は、前記空冷式凝縮器（１０１）の上流側及び下流側の前記仕切壁（１１３）にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項９に記載の車両用のヒートポンプシステム。
11. 前記水冷式凝縮器（１０６）は、前記温風通路（１１２）内における空気の流動方向に、且つ、前記空冷式凝縮器（１０１）の上流側に配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
12. 前記冷媒循環ライン（Ｒ）には、前記空冷式凝縮器（１０１）から排出された冷媒と、前記蒸発器（１０４）から排出された冷媒とを互いに熱交換させる内部熱交換器（１０９）が配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
13. 前記内部熱交換器（１０９）は、前記温風通路（１１２）内における空気の流動方向に、且つ、前記空冷式凝縮器（１０１）の上流側に配設されることを特徴とする請求項１２に記載の車両用のヒートポンプシステム。
14. 冷暖房モードに応じて前記圧縮機（１００）から排出された冷媒と冷却水との間の熱交換を制御する制御手段（２５０、２５１）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
15. 前記制御手段（２５０）は、
    前記水冷式凝縮器（１０６）の入口側の前記冷媒循環ライン（Ｒ）と、前記水冷式凝縮器（１０６）の出口側の前記冷媒循環ライン（Ｒ）とを接続する第１のバイパスライン（Ｒ１）と、
    該第１のバイパスライン（Ｒ１）と前記冷媒循環ライン（Ｒ）との間の分岐点に配設されて冷媒の流れ方向を切り換える第１の方向切換え弁（１０７）と、
    冷暖房モードに応じて前記第１の方向切換え弁（１０７）を制御する制御部（２６０）と、
    を備えることを特徴とする請求項１４に記載の車両用のヒートポンプシステム。
16. 前記制御部（２６０）は、
    冷房モード時に、前記圧縮機（１００）から排出された冷媒が前記水冷式凝縮器（１０６）に向かって流れるように前記第１の方向切換え弁（１０７）を制御し、
    暖房モード時に、前記圧縮機（１００）から排出された冷媒が前記第１のバイパスライン（Ｒ１）に向かって流れて前記水冷式凝縮器（１０６）をバイパスするように前記第１の方向切換え弁（１０７）を制御することを特徴とする請求項１５に記載の車両用のヒートポンプシステム。
17. 前記水冷式凝縮器（１０６）と車両の電装品（２２０）とを接続するように配設されて、車両の前記電装品（２２０）を循環する冷却水を前記水冷式凝縮器（１０６）に循環させる冷却水循環ライン（Ｗ）と、
    該冷却水循環ライン（Ｗ）に配設されて冷却水を循環させるウォータポンプ（２００）と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の車両用のヒートポンプシステム。
18. 前記制御手段（２５１）は、
    冷暖房モードに応じて前記ウォータポンプ（２００）を制御して前記水冷式凝縮器（１０６）に循環する冷却水の流量を制御する制御部（２７０）を備えることを特徴とする請求項１７に記載の車両用のヒートポンプシステム。
19. 前記制御部（２７０）は、
    冷房モード時に、冷却水が前記水冷式凝縮器（１０６）に向かって循環するように前記ウォータポンプ（２００）をオン制御し、
    暖房モード時に、冷却水が前記水冷式凝縮器（１０６）に向かって循環しないように前記ウォータポンプ（２００）をオフ制御することを特徴とする請求項１８に記載の車両用のヒートポンプシステム。
20. 前記冷却水循環ライン（Ｗ）には、
    前記電装品（２２０）の入口側の前記冷却水循環ライン（Ｗ）と出口側の前記冷却水循環ライン（Ｗ）とを接続する冷却水バイパスライン（Ｗ１）が配設され、
    該冷却水バイパスライン（Ｗ１）と前記冷却水循環ライン（Ｗ）との間の分岐点には、冷却水方向切換え弁（２３０）が配設されることを特徴とする請求項１７に記載の車両用のヒートポンプシステム。
21. 前記水冷式凝縮器（１０６）と空冷式凝縮器（１０１）との間の前記冷媒循環ライン（Ｒ）には、前記水冷式凝縮器（１０６）から排出されて流動する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、液相冷媒を吐き出す補助レシーバドライバ（１０８）が連設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
22. 前記空冷式凝縮器（１０１）の一方の側には、前記空冷式凝縮器（１０１）を流動する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、液相冷媒を吐き出す補助レシーバドライバ（１０８）が連設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
23. 前記空冷式凝縮器（１０１）の出口側の前記冷媒循環ライン（Ｒ）には、冷媒の圧力を上昇させる圧力上昇手段（１４０）が配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステム。
24. 前記圧力上昇手段（１４０）は、前記冷媒循環ライン（Ｒ）を循環する冷媒から気相冷媒及び液相冷媒を分離して貯留し、液相冷媒を吐き出すレシーバドライバ（１４１）であることを特徴とする請求項２３に記載の車両用のヒートポンプシステム。
25. 前記冷媒循環ライン（Ｒ）には、前記レシーバドライバ（１４１）の入口側の前記冷媒循環ライン（Ｒ）と出口側の前記冷媒循環ライン（Ｒ）とを接続して冷媒が前記レシーバドライバ（１４１）をバイパスするようにする第２のバイパスライン（Ｒ２）が配設され、
    前記冷媒循環ライン（Ｒ）と第２のバイパスライン（Ｒ２）との間の分岐点には、冷媒の流れ方向を切り換える第２の方向切換え弁（１４５）が配設されることを特徴とする請求項２４に記載の車両用のヒートポンプシステム。

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