JP5845225B2 - 車両の空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の空調装置に係り、詳しくは車両に搭載されたヒートポンプ方式の空調装置に関する。

内燃機関により走行する車両において、空調装置は、内燃機関により駆動される圧縮機、車室外に配置した車室外熱交換器（凝縮器）、膨張器、車室内に配置した車室内熱交換器（蒸発器）がそれぞれ管路で連結されて冷凍回路（冷凍サイクル）が構成され、当該冷凍回路を冷媒が相変化しながら還流することで車室内の冷房及び除湿を行うとともに、内燃機関の熱を回収することによって車室内の暖房を行うことが可能に構成されている。

ところで、近年、バッテリを搭載し電動モータで走行可能な電気自動車が開発され広く実用化されており、このような電気自動車では、内燃機関の駆動力や熱を空調装置に利用できないことから、電気で圧縮機を作動させて冷房と除湿を行い、電気を用いて暖房を行うようにしている。
このように電気を用いて暖房を行う場合、例えば電気ヒータを用いる方式では、ＣＯＰ（成績係数）が最大１であって電力消費量が大きく、電気自動車の航続距離が短くなるという問題がある。また、例えばヒートポンプ方式の冷凍回路では、ＣＯＰを１以上にすることが可能であるが、低温の外気から熱を汲み上げる場合には暖房能力やＣＯＰが低下するという問題がある。

一方、ヒートポンプ方式において、冷凍回路にガスインジェクションと呼ばれる機構を追加し、冷媒を圧縮機の中間圧領域にバイパスさせることで暖房能力を向上させＣＯＰを向上させることが可能であることが知られている（特許文献１参照）。

特開昭６２−２７６３７０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置は、単に冷房と暖房とを切り換える構成の装置において、ガスインジェクションを用いて暖房能力を向上させるものであって、暖房時における除湿運転については何ら考慮されていない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ヒートポンプ方式の冷凍回路を用いつつ暖房時における除湿運転をも好適に実現可能な車両の空調装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の車両の空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に設けられ前記圧縮機で昇圧された冷媒から放熱を行う放熱器と、前記放熱器にて放熱した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁と、車室内の空気である内気や車室外の空気である外気の前記放熱器への流通度合いを調節する調節手段と、前記放熱器からの冷媒を前記第１膨張弁をバイパスさせて流すバイパス路と、前記第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱または前記バイパス路を経た冷媒の放熱を行う車室外熱交換器と、前記放熱器にて放熱した冷媒または前記車室外熱交換器にて放熱した冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁と、車室内に設けられ、前記第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行う吸熱器と、前記放熱器からの冷媒の流通を前記第１膨張弁側と前記バイパス路側とで切り換える第１切換弁と、前記車室外熱交換器からの冷媒の流通を前記圧縮機側と前記第２膨張弁側とで切り換える第２切換弁と、前記放熱器からの冷媒の前記第２膨張弁への流通と遮断とを切り換える第３切換弁と、前記放熱器にて放熱した冷媒の一部を開閉可能な第３膨張弁を介して気化させ且つ換気熱交換器により車室内から車室外に換気される空気から吸熱を行い気化を促進させて前記圧縮機の中間圧領域に供給するインジェクション回路と、が冷媒流路上に配設された冷凍回路を備え、暖房時には、前記第１切換弁を前記第１膨張弁側に切り換え、前記第２切換弁を前記圧縮機側に切り換え、前記第３切換弁を遮断側に切り換え、第３膨張弁を開弁し、前記放熱器により前記圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、前記車室外熱交換器により前記第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、前記インジェクション回路を機能させて前記換気熱交換器により気化の促進された冷媒を前記圧縮機の中間圧領域に供給し、冷房時には、前記第１切換弁を前記バイパス路側に切り換え、前記第２切換弁を前記第２膨張弁側に切り換え、前記第３切換弁を遮断側に切り換え、第３膨張弁を閉弁し、前記調節手段により内気や外気の流通が遮断された前記放熱器及び前記車室外熱交換器により前記圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、前記吸熱器により前記車室外熱交換器にて放熱し前記第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、前記インジェクション回路を機能させず、除湿暖房時には、前記第１切換弁を前記第１膨張弁側に切り換え、前記第２切換弁を前記圧縮機側に切り換え、前記第３切換弁を流通側に切り換え、第３膨張弁を開弁し、前記放熱器により前記圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、前記車室外熱交換器により前記第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、併せて、前記吸熱器により前記放熱器にて放熱し前記第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、前記インジェクション回路を機能させて前記換気熱交換器により気化の促進された冷媒を前記圧縮機の中間圧領域に供給する。

請求項２の車両の空調装置では、請求項１において、前記調節手段は、前記放熱器への内気や外気の流通度合いを調節するダンパからなり、暖房時及び除湿暖房時には、前記ダンパを流通側に調節し、冷房時には、前記ダンパを遮断側に調節することで前記放熱器による冷媒から車室内への熱の移動を抑止する。

本発明の請求項１の車両の空調装置によれば、除湿暖房時には、第１切換弁を第１膨張弁側に切り換え、第２切換弁を圧縮機側に切り換え、第３切換弁を流通側に切り換え、放熱器により圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、車室外熱交換器により第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、併せて、吸熱器により放熱器にて放熱し第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行うようにしたので、暖房を行いながら好適に車室内の除湿が行われることになり、暖房時における車両のフロントガラス等の窓の曇りを防止することができる。さらに、第３膨張弁を開弁し、車室内から車室外に換気される空気から吸熱を行い冷媒の気化を促進させる換気熱交換器を有するインジェクション回路を機能させることで、換気熱交換器により気化の促進された冷媒を圧縮機の中間圧領域に供給するようにし、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用しながら、暖房能力の向上を図ることができる。

請求項２の車両の空調装置によれば、調節手段としてのダンパを暖房時及び除湿暖房時には流通側に調節する一方、冷房時には、遮断側に調節することで放熱器による冷媒から車室内への熱の移動を抑止し、冷房能力の悪化を防止することができる。

本発明の実施例に係る車両の空調装置の概略構成図である。 実施例に係る車両の空調装置の冷房時の状態を示す図である。 実施例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 実施例に係る車両の空調装置の除湿暖房時の状態を示す図である。 実施例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 実施例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 実施例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 実施例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 実施例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 実施例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 参考例に係る車両の空調装置の概略構成図である。 参考例に係る車両の空調装置の冷房時の状態を示す図である。 参考例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 参考例に係る車両の空調装置の除湿暖房時の状態を示す図である。 参考例の変形例に係る車両の空調装置の概略構成図である。 参考例の変形例に係る車両の空調装置の冷房時の状態を示す図である。 参考例の変形例に係る車両の空調装置の暖房時の状態を示す図である。 参考例の変形例に係る車両の空調装置の除湿暖房時の状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
［実施例］
図１乃至図４には、本発明の実施例に係る車両の空調装置の概略構成図が示されており、以下これらの図に基づき説明する。
ここに、車両は例えばエンジン（内燃機関）を有さない電気自動車（ＥＶ）であって、バッテリの電力で走行用電動モータを作動させて走行するよう構成されており（共に図示せず）、空調装置もバッテリの電力で作動するように構成されている。即ち、本発明の実施例に係る車両の空調装置は、暖房にエンジンの熱を利用せずにヒートポンプ方式の冷凍回路を用いることで、冷房と暖房さらには除湿暖房を適宜選択的に実施可能に構成されている。なお、車両はエンジン（内燃機関）と走行用電動モータとを併有する所謂ハイブリッド自動車であってもよい。

図１に基本構成を示すように、本発明の実施例に係る車両の空調装置は、大きくは、管路（冷媒流路）２に、冷媒を圧縮し昇圧する電動の圧縮機１０と、ＨＶＡＣユニット４０の通気ダクト４２内に設けられて昇圧した冷媒の熱を車室内に放熱する放熱器１２と、暖房時において冷媒を減圧膨張する電磁式の第１膨張弁１４と、冷房時には放熱器として暖房時には吸熱器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行う車室外熱交換器１６と、冷房時及び除湿暖房時において冷媒を減圧膨張する電磁式の第２膨張弁１８と、通気ダクト４２内に設けられて冷房時及び除湿暖房時において車室内の熱を冷媒に吸熱する吸熱器２０とが順に配管接続されて冷凍回路１が構成されている。

そして、管路２には、第１膨張弁１４をバイパスするバイパス路４、第１膨張弁１４及び車室外熱交換器１６をバイパスするバイパス路６、第２膨張弁１８及び吸熱器２０をバイパスするバイパス路８が設けられており、バイパス路４には冷房時に連通して第１膨張弁１４を迂回させて冷媒を流す電磁式の開閉弁（第１切換弁）２２が介装され、バイパス路６には除湿暖房時に連通して冷媒の一部を第１膨張弁１４及び車室外熱交換器１６を迂回させて流す電磁式の開閉弁（第３切換弁）２４が介装され、バイパス路８には暖房時及び除湿暖房時に連通して冷媒を第２膨張弁１８及び吸熱器２０を迂回させて流す電磁式の開閉弁（第２切換弁）２６が介装され、管路２のうちバイパス路８の分岐部下流には冷房時に連通して冷媒を第２膨張弁１８及び吸熱器２０に流す電磁式の開閉弁（第２切換弁）２８が介装されている。

さらに、管路２のうち放熱器１２と第１膨張弁１４との間の部分からは分岐してインジェクション回路３０が圧縮機１０の中間圧領域まで延びており、このインジェクション回路３０には、上流側から順に暖房時及び除湿暖房時に開弁する電磁式の第３膨張弁３２、車室内の空気を車室外に排出して換気を行うための換気ダクト４４内を通って車室外に流出する空気の熱を暖房時及び除湿暖房時に冷媒に吸熱する換気熱交換器３４及び逆止弁３６が接続されている。即ち、本発明の実施例に係る車両の空調装置では、ヒートポンプ方式の冷凍回路１に換気熱交換器３４を含むインジェクション回路３０を備えて構成されており、これによりＣＯＰ（成績係数）の向上を図ることが可能である。なお、インジェクション回路３０の換気熱交換器３４の直上流部分と直下流部分にはそれぞれ冷媒の温度を検出するサーミスタ３７、３８が配設されている。

また、同図に示すように、ＨＶＡＣユニット４０の通気ダクト４２には、吸気する空気を車室内の空気である内気と車室外の空気である外気とで切り換える内外気切換ダンパ４５、内気や外気を通気ダクト４２に送給するための通気ファン４６及び内気や外気の放熱器１２への流通度合いを調節するエアミックスダンパ（ダンパ、調節手段）４７が設けられている。
また、換気ダクト４４には、換気ファン４８が設けられている。

そして、図示しないもののＣＰＵやメモリからなる電子コントロールユニット（ＥＣＵ）が設けられており、当該ＥＣＵの入力側には上記サーミスタ３７、３８等の各種センサ類の他、圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８等の起動操作を行う空調起動スイッチ（図示せず）や冷房、暖房、除湿暖房の切換操作を行う空調モード切換スイッチ（図示せず）等の各種スイッチ類が接続され、出力側には上記圧縮機１０、第１膨張弁１４、第２膨張弁１８、第３膨張弁３２、開閉弁２２〜２８、内外気切換ダンパ４５、通気ファン４６、エアミックスダンパ４７及び換気ファン４８等の各種デバイス類が接続されている。
以下、このように構成された本発明の実施例に係る車両の空調装置の作用について説明する。

［冷房時］
図２に冷房時の状態を示すように、冷房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６を起動させ、開閉弁２２、２８を開弁するとともに開閉弁２４、２６を閉弁し、第３膨張弁３２を閉弁し、エアミックスダンパ４７を内気や外気の放熱器１２への流通が遮断されるように作動させる。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、バイパス路４、車室外熱交換器１６、第２膨張弁１８及び吸熱器２０を循環し、吸熱器２０による吸熱により車室内の冷房が行われる。

このように、第３膨張弁３２を閉弁してインジェクション回路３０を機能させないようにしており、これにより吸熱器２０に流入しない一部の冷媒が圧縮機１０に戻ることで無駄な圧縮機１０の動力が必要となることを防止して冷房能力の悪化を防止することができる。
また、放熱器１２では若干の熱漏れがあるものの、内気や外気の放熱器１２への流通はエアミックスダンパ４７により遮断されているので、車室内への放熱器１２からの熱の移動は抑止され、やはり冷房能力の悪化を防止することができる。

［暖房時］
図３に暖房時の状態を示すように、暖房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８を起動させ、開閉弁２６を開弁するとともに開閉弁２２、２４、２８を閉弁し、第３膨張弁３２については開弁し、エアミックスダンパ４７を内気や外気の全てが放熱器１２を流通するように作動させる。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、第１膨張弁１４、車室外熱交換器１６とともにインジェクション回路３０を循環し、放熱器１２による放熱により車室内の暖房が行われる。

この場合、インジェクション回路３０の換気熱交換器３４により換気ダクト４４を経て車室外に流出する車室内の暖かい空気の熱が冷媒に吸熱され、液状或いは気液二相状態の冷媒が加熱されて気化される。詳しくは、サーミスタ３７、３８により検出される換気熱交換器３４の直上流部分と直下流部分との間での冷媒の温度変化量に基づいて第３膨張弁３２の開度がＥＣＵにより制御され、インジェクション回路３０を流れる冷媒が略完全に気化される。例えば、圧縮機１０の中間圧領域に供給する冷媒が過熱状態となるよう第３膨張弁３２の開度を調節する。

これにより、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用しながら、十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができる。
この際、換気ダクト４４を通過する空気量と通気ダクト４２を通過する外気量とが等しくなるよう換気ファン４８の作動を通気ファン４６の作動及び内外気切換ダンパ４５の開度に応じて制御するのがよく、これにより換気ダクト４４以外の隙間から外気を吸い込んだり吐き出したりすることを防止して、通気ダクト４２からの外気吸入量に等しい量の空気が確実に換気熱交換器３４を通るようにでき、換気熱交換器３４による吸熱を最大限に行うことができる。
従って、車両が電気自動車（ＥＶ）であっても、空調装置によるバッテリの電力消費を抑えるようにでき、車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。
なお、車室内から換気される空気の温度が所定温度より低いときには、上記冷房時と同様、第３膨張弁３２を閉弁してインジェクション回路３０を機能させないようにしてもよい。

［除湿暖房時］
図４に除湿暖房時の状態を示すように、除湿暖房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８を起動させ、開閉弁２４、２６を開弁するとともに開閉弁２２、２８を閉弁し、第３膨張弁３２については開弁し、エアミックスダンパ４７を内気や外気の全てが放熱器１２を流通するように作動させる。
この場合、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、第１膨張弁１４、車室外熱交換器１６とともに第２膨張弁１８、吸熱器２０及びインジェクション回路３０を循環し、放熱器１２による放熱により車室内の暖房が行われるとともに吸熱器２０による吸熱により車室内の除湿が行われる。

これにより、車室内の除湿が行われることで車両のフロントガラス等の窓の曇りを防止しつつ、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用しながら十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、ドライバの視界を確保しながら、上記同様、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができ、空調装置によるバッテリの電力消費を抑えて車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。
なお、車室内から換気される空気の温度が所定温度より低いときには、やはり上記冷房時と同様、第３膨張弁３２を閉弁してインジェクション回路３０を機能させないようにしてもよい。

［実施例の変形例］
図５乃至図１０には、本発明の実施例の変形例に係る車両の空調装置の概略構成図が暖房時の状態で示されており、以下これらの図に基づき説明する。
図５に示す変形例では、インジェクション回路３０の換気熱交換器３４の下流側に冷媒を加熱するための電気ヒータ５０を設けるようにしている。なお、電気ヒータ５０を設けることに伴い、サーミスタ３８の位置を電気ヒータ５０の下流側に移動している。

この場合には、例えば車室内に温度センサ（図示せず）を設け、車室内の空気の温度に応じ、車室内から換気される空気の温度が所定温度より低い場合に電気ヒータ５０を作動させ、所定温度以上では電気ヒータ５０の作動を停止させる。
このように電気ヒータ５０を設け、未だ車室内の空気が十分に暖まっていない場合に当該電気ヒータ５０を作動させることで、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用できない場合であっても、電気ヒータ５０の熱によって十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、暖房能力の向上を図ることができる。

図６に示す変形例では、インジェクション回路３０の換気熱交換器３４の下流側に電気ヒータ５０を設けるとともに蓄熱材５２を設け、電気ヒータ５０で蓄熱材５２を加熱し蓄熱することで間接的に冷媒を加熱するようにしている。なお、この場合にもサーミスタ３８の位置を蓄熱材５２の下流側に移動している。
このように蓄熱材５２を設け当該蓄熱材５２を電気ヒータ５０で加熱し蓄熱するようにすると、バッテリへの充電中、即ち車両の停車中に電気ヒータ５０で蓄熱材５２に蓄熱しておき、車両の走行中には蓄熱した熱で冷媒を気化させるようにでき、未だ車室内の空気が十分に暖まっておらず、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用できない場合であっても、バッテリの電力を使用することなく十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができ、車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。

図７に示す変形例では、換気ダクト４４内に換気ダクト４４の上流側に位置して蓄熱材５４を設け、電気ヒータ５０で蓄熱材５４を加熱し蓄熱するようにしている。
このように換気ダクト４４内に蓄熱材５４を設け当該蓄熱材５４を電気ヒータ５０で加熱し蓄熱するようにすると、上記同様、バッテリへの充電中、即ち車両の停車中に電気ヒータ５０で蓄熱材５４に蓄熱しておき、車両の走行中には蓄熱した熱で換気ダクト４４内の空気を暖めながら換気熱交換器３４を介して冷媒を気化させるようにでき、未だ車室内の空気が十分に暖まっていない場合であっても、やはりバッテリの電力を使用することなく十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができ、車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。

図８に示す変形例では、換気ダクト４４内に換気ダクト４４の上流側に位置して走行用電動モータを制御するインバータ５８を設けるようにしている。
このように換気ダクト４４内にインバータ５８を設けるようにすると、車両の走行中にはインバータ５８の発する熱をも有効に冷媒の気化に利用しながら、十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、より一層暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができる。
また、図７の電気ヒータ５０や図８のインバータ５８に代えて、走行用電動モータの熱を排熱する放熱器や、車両がハイブリッド自動車である場合にはエンジンの熱を排熱する放熱器を用いるようにしてもよい。また、換気ダクト４４内に換気ダクト４４の上流側に位置して電気ヒータ５０を直接設けるようにしてもよい。

図９に示す変形例では、インジェクション回路３０の第３膨張弁３２と換気熱交換器３４との間に換気熱交換器３４と直列に内部熱交換器６０を設け、放熱器１２から第１膨張弁１４に向けて流れる冷媒から吸熱を行うようにしている。ここに、互いの流れは対向流であるのがよい。
このように第３膨張弁３２と換気熱交換器３４との間に内部熱交換器６０を設けるようにすると、内部熱交換器６０の吸熱する熱をも有効に冷媒の気化に利用しながら、十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、より一層暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができる。

なお、図９に示す変形例に上記図５〜図８に示す変形例の構成を組み合わせるようにしてもよい。
図１０に示す変形例では、インジェクション回路３０の換気熱交換器３４の下流側に気液分離器６２を設けるとともに放熱器１２と第１膨張弁１４との間に電磁式の開閉弁６４を設け、気液分離器６２により分離した気体状の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給し、液状の冷媒を管路２に戻すようにしている。

このように気液分離器６２を設け、暖房時には開閉弁６４を閉弁するようにすると、全ての冷媒をインジェクション回路３０に流して換気熱交換器３４での吸熱により気化する冷媒の比率を高めることができ、ひいては圧縮機１０の中間圧領域に供給する冷媒の量を増やすようにでき、より一層暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができる。
なお、図１０に示す変形例に上記図５〜図８に示す変形例の構成を組み合わせるようにしてもよい。

［参考例］
図１１乃至図１４には、参考例に係る車両の空調装置の概略構成図が示されており、以下これらの図に基づき説明する。なお、上記実施例との共通部分については説明を省略し、実施例と異なる部分について説明する。
図１１に基本構成を示すように、参考例に係る車両の空調装置は、圧縮機１０の下流側に四方弁７０を備えるとともにインジェクション回路３０’を備えて冷凍回路１’が構成されている。

詳しくは、四方弁７０は、冷房時には圧縮機１０から吐出された冷媒が放熱器１２を通らず、暖房時及び除湿暖房時には圧縮機１０から吐出された冷媒が放熱器１２を通るよう切換可能に構成されている。なお、車室外熱交換器１６での冷媒の流れ方向は冷房時と暖房時で逆になり、管路２は放熱器１２と車室外熱交換器１６との間の部分から分岐するようにして第１膨張弁１４或いは第２膨張弁１８に向けて延びており、当該分岐部より放熱器１２側及び車室外熱交換器１６側にはそれぞれ第１膨張弁１４或いは第２膨張弁１８への冷媒の流れのみを許容する逆止弁３、５が介装されている。

また、インジェクション回路３０’には、第３膨張弁３２と換気熱交換器３４との間の部分から分岐し圧縮機１０の中間圧領域にまで延びて換気熱交換器３４をバイパスするバイパス路３１が設けられており、バイパス路３１には冷房時に連通して換気熱交換器３４を迂回させて冷媒を直接に圧縮機１０の中間圧領域に流す電磁式の開閉弁３３が介装され、インジェクション回路３０’の換気熱交換器３４に向かうバイパス路３１の分岐部下流には暖房時及び除湿暖房時に連通して冷媒を換気熱交換器３４に流す電磁式の開閉弁３５がそれぞれ介装されている。なお、換気熱交換器３４とバイパス路３１の合流部との間には逆止弁３９が介装されている。

また、インジェクション回路３０’の第３膨張弁３２の下流側には換気熱交換器３４と直列になるよう内部熱交換器６０’が設けられており、管路２を第１膨張弁１４或いは第２膨張弁１８に向けて流れる冷媒から吸熱を行うようにしているが、内部熱交換器６０’についてはなくてもよい。ここに、内部熱交換器６０’において互いの流れは対向流であるのがよい。
なお、参考例に上記図５〜図８に示す実施例の変形例の構成を組み合わせるようにしてもよい。
以下、このように構成された参考例に係る車両の空調装置の作用について説明する。

［冷房時］
図１２に冷房時の状態を示すように、冷房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６を起動させ、四方弁７０を圧縮機１０からの冷媒が放熱器１２を通らず車室外熱交換器１６に向かうように切り換え、開閉弁３３を開弁するとともに開閉弁３５を閉弁し、第１膨張弁１４を閉弁する。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、車室外熱交換器１６、第２膨張弁１８及び吸熱器２０を循環し、吸熱器２０による吸熱により車室内の冷房が行われる。

また、冷媒はインジェクション回路３０’にて第３膨張弁３２から内部熱交換器６０’にて吸熱しながらバイパス路３１を経て圧縮機１０の中間圧領域に流れる。
これにより、冷房時であってもＣＯＰの向上を図ることが可能である。
また、開閉弁３５を閉弁して冷媒を換気熱交換器３４に流さないようにしており、これにより車室外に排気される車室内の空気を冷やす無駄な圧縮機１０の動力が必要となることを防止して冷房能力の悪化を防止することができる。
なお、この場合、上記実施例の場合と異なり放熱器１２では放熱が行われることがないため、上記実施例の場合に増して冷房能力の悪化を防止することができる。

［暖房時］
図１３に暖房時の状態を示すように、暖房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８を起動させ、四方弁７０を圧縮機１０からの冷媒が放熱器１２を通って車室外熱交換器１６に向かうように切り換え、開閉弁３５を開弁するとともに開閉弁３３を閉弁し、第２膨張弁１８を閉弁する。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、第１膨張弁１４、車室外熱交換器１６とともにインジェクション回路３０’を循環し、放熱器１２による放熱により車室内の暖房が行われる。

この場合、インジェクション回路３０’の換気熱交換器３４により換気ダクト４４を経て車室外に流出する車室内の暖かい空気の熱が冷媒に吸熱され、内部熱交換器６０’の吸熱する熱をも有効に利用しながら、液状或いは気液二相状態の冷媒が加熱されて気化される。詳しくは、サーミスタ３７、３８により検出される換気熱交換器３４の直上流部分と直下流部分との間の温度変化量に基づいて第３膨張弁３２の開度がＥＣＵにより制御され、インジェクション回路３０を流れる冷媒が略完全に気化される。

これにより、上記実施例の場合と同様、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用しながら、十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができる。
従って、車両が電気自動車（ＥＶ）であっても、空調装置によるバッテリの電力消費を抑えるようにでき、車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。
なお、車室内から換気される空気の温度が所定温度より低いときには、上記冷房時と同様、開閉弁３５を閉弁して冷媒を換気熱交換器３４に流さないようにしてもよい。

［除湿暖房時］
図１４に除湿暖房時の状態を示すように、除湿暖房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８を起動させ、四方弁７０を圧縮機１０からの冷媒が放熱器１２を通って車室外熱交換器１６に向かうように切り換え、開閉弁３５を開弁するとともに開閉弁３３を閉弁し、第１膨張弁１４及び第２膨張弁１８については開弁する。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、第１膨張弁１４、車室外熱交換器１６とともに第２膨張弁１８、吸熱器２０及びインジェクション回路３０’を循環し、放熱器１２による放熱により車室内の暖房が行われるとともに吸熱器２０による吸熱により車室内の除湿が行われる。

これにより、上記実施例の場合と同様、車室内の除湿が行われることで車両のフロントガラス等の窓の曇りを防止しつつ、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用しながら十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、ドライバの視界を確保しながら、上記同様、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができ、空調装置によるバッテリの電力消費を抑えて車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。
なお、車室内から換気される空気の温度が所定温度より低いときには、やはり上記冷房時と同様、開閉弁３５を閉弁して冷媒を換気熱交換器３４に流さないようにしてもよい。

［参考例の変形例］
図１５乃至図１８には、参考例の変形例に係る車両の空調装置の概略構成図が示されており、以下これらの図に基づき説明する。なお、上記参考例との共通部分については説明を省略する。
図１５に基本構成を示すように、参考例の変形例では、インジェクション回路３０”の第３膨張弁３２の下流側且つ換気熱交換器３４の下流側に位置して気液分離器６２’を設け、気液分離器６２’により分離した気体状の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給し、液状の冷媒を管路２に戻すように冷凍回路１”を構成している。

なお、参考例の変形例に上記図５〜図８に示す実施例の変形例の構成を組み合わせるようにしてもよい。
以下、このように構成された参考例の変形例に係る車両の空調装置の作用について説明する。

［冷房時］
図１６に冷房時の状態を示すように、冷房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６を起動させ、四方弁７０を圧縮機１０からの冷媒が放熱器１２を通らず車室外熱交換器１６に向かうように切り換え、開閉弁３３を開弁するとともに開閉弁３５を閉弁し、第１膨張弁１４を閉弁する。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、車室外熱交換器１６、第２膨張弁１８及び吸熱器２０を循環し、吸熱器２０による吸熱により車室内の冷房が行われる。

また、インジェクション回路３０”にて気液分離器６２’によって気化した冷媒のみが分離して確実に圧縮機１０の中間圧領域に供給される。
これにより、冷房時であってもＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能である。
この場合にも、開閉弁３５を閉弁して冷媒を換気熱交換器３４に流さないようにしており、冷房能力の悪化を防止することができ、また、放熱器１２では放熱が行われることがないため、上記実施例の場合に増して冷房能力の悪化を防止することができる。

［暖房時］
図１７に暖房時の状態を示すように、暖房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８を起動させ、四方弁７０を圧縮機１０からの冷媒が放熱器１２を通って車室外熱交換器１６に向かうように切り換え、開閉弁３５を開弁するとともに開閉弁３３を閉弁し、第２膨張弁１８を閉弁する。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、第１膨張弁１４、車室外熱交換器１６とともにインジェクション回路３０”を循環し、放熱器１２による放熱により車室内の暖房が行われる。

このように気液分離器６２’を設けるようにすると、全ての冷媒をインジェクション回路３０”に流して換気熱交換器３４での吸熱により気化する冷媒の比率を高めることができ、ひいては圧縮機１０の中間圧領域に供給する冷媒の量を増やすようにでき、より一層暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができ、空調装置によるバッテリの電力消費を抑えて車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。

［除湿暖房時］
図１８に除湿暖房時の状態を示すように、除湿暖房時には、ＥＣＵは圧縮機１０、通気ファン４６、換気ファン４８を起動させ、四方弁７０を圧縮機１０からの冷媒が放熱器１２を通って車室外熱交換器１６に向かうように切り換え、開閉弁３５を開弁するとともに開閉弁３３を閉弁し、第１膨張弁１４及び第２膨張弁１８については開弁する。
これより、冷媒は、図中太線で示すように圧縮機１０、放熱器１２、第１膨張弁１４、車室外熱交換器１６とともに第２膨張弁１８、吸熱器２０及びインジェクション回路３０”を循環し、放熱器１２による放熱により車室内の暖房が行われるとともに吸熱器２０による吸熱により車室内の除湿が行われる。

これにより、ドライバの視界を確保しながら、上記同様、より一層暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができ、空調装置によるバッテリの電力消費を抑えて車両の航続距離の低下を好適に防止することができる。
以上説明したように、当該車両の空調装置によれば、ヒートポンプ方式の冷凍回路１、１’、１”にインジェクション回路３０、３０’、３０”を備え、換気熱交換器３４により換気ダクト４４を経て車室外に流出する車室内の暖かい空気の熱を冷媒に吸熱するようにしているので、車室外への廃熱を有効に冷媒の気化に利用しながら、インジェクション回路３０、３０’、３０”において十分に気化した状態の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにでき、暖房能力の向上を図り、ＣＯＰのさらなる向上を図ることができる。

以上で当該車両の空調装置の説明を終えるが、その構成は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、換気ダクト４４に換気ファン４８を設けるようにしているが、換気ファン４８はなくてもよい。
また、換気ダクト４４については、ＨＶＡＣユニット４０と一体に設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、インジェクション回路３０、３０’、３０”において冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給するようにしているが、圧縮機を２機設けた２段圧縮方式で冷凍回路を構成する場合には、２機の圧縮機間に冷媒を供給するようインジェクション回路を構成すればよい。

また、上記実施形態では、圧縮機１０の中間圧領域に供給する冷媒が過熱状態となるように第３膨張弁３２の開度を調節するようにしたが、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度を検出し、この温度が一定温度以下となるように第３膨張弁３２の開度を調節するようにし、多少の液状の冷媒を圧縮機１０の中間圧領域に供給（液インジェクション）するようにしてもよい。
また、デシカント等の除湿装置をＨＶＡＣユニット４０内に備えるようにした場合には、放熱器１２と吸熱器２０とを兼用し、これら放熱器１２と吸熱器２０とを一つの車室内熱交換機で構成するようにしてもよい。

また、気液分離器６２、６２’自体を暖めるようにしてもよい。例えば、インバータを気液分離器６２、６２’内に設けるようにしてもよい。
また、圧縮機１０の比較的低圧の中間圧領域と比較的高圧の中間圧領域とを選択可能にインジェクション回路を構成してもよい。例えば、車室内の温度が低い場合には比較的低圧の中間圧領域へ冷媒を供給し、高い場合には比較的高圧の中間圧領域へ冷媒を供給するようにしてもよい。

１、１’、１” 冷凍回路
２ 管路（冷媒流路)
１０ 圧縮機
１２ 放熱器
１４ 第１膨張弁
１６ 車室外熱交換器
１８ 第２膨張弁
２０ 吸熱器
２２ 開閉弁（第１切換弁）
２４ 開閉弁（第３切換弁）
２６、２８ 開閉弁（第２切換弁）
３０、３０’、３０” インジェクション回路
３２ 第３膨張弁
３４ 換気熱交換器
３７、３８ サーミスタ
４０ ＨＶＡＣユニット
４４ 換気ダクト
４７ エアミックスダンパ（ダンパ、調節手段）
４８ 換気ファン
５０ 電気ヒータ
５２、５４ 蓄熱材
５８ インバータ
６０、６０’ 内部熱交換器
６２、６２’ 気液分離器

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   車室内に設けられ前記圧縮機で昇圧された冷媒から放熱を行う放熱器と、
   前記放熱器にて放熱した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁と、
   車室内の空気である内気や車室外の空気である外気の前記放熱器への流通度合いを調節する調節手段と、
   前記放熱器からの冷媒を前記第１膨張弁をバイパスさせて流すバイパス路と、
   前記第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱または前記バイパス路を経た冷媒の放熱を行う車室外熱交換器と、
   前記放熱器にて放熱した冷媒または前記車室外熱交換器にて放熱した冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁と、
   車室内に設けられ、前記第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行う吸熱器と、
   前記放熱器からの冷媒の流通を前記第１膨張弁側と前記バイパス路側とで切り換える第１切換弁と、
   前記車室外熱交換器からの冷媒の流通を前記圧縮機側と前記第２膨張弁側とで切り換える第２切換弁と、
   前記放熱器からの冷媒の前記第２膨張弁への流通と遮断とを切り換える第３切換弁と、
   前記放熱器にて放熱した冷媒の一部を開閉可能な第３膨張弁を介して気化させ且つ換気熱交換器により車室内から車室外に換気される空気から吸熱を行い気化を促進させて前記圧縮機の中間圧領域に供給するインジェクション回路と、が冷媒流路上に配設された冷凍回路を備え、
   暖房時には、前記第１切換弁を前記第１膨張弁側に切り換え、前記第２切換弁を前記圧縮機側に切り換え、前記第３切換弁を遮断側に切り換え、第３膨張弁を開弁し、前記放熱器により前記圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、前記車室外熱交換器により前記第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、前記インジェクション回路を機能させて前記換気熱交換器により気化の促進された冷媒を前記圧縮機の中間圧領域に供給し、
   冷房時には、前記第１切換弁を前記バイパス路側に切り換え、前記第２切換弁を前記第２膨張弁側に切り換え、前記第３切換弁を遮断側に切り換え、第３膨張弁を閉弁し、前記調節手段により内気や外気の流通が遮断された前記放熱器及び前記車室外熱交換器により前記圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、前記吸熱器により前記車室外熱交換器にて放熱し前記第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、前記インジェクション回路を機能させず、
   除湿暖房時には、前記第１切換弁を前記第１膨張弁側に切り換え、前記第２切換弁を前記圧縮機側に切り換え、前記第３切換弁を流通側に切り換え、第３膨張弁を開弁し、前記放熱器により前記圧縮機で昇圧された冷媒の放熱を行うとともに、前記車室外熱交換器により前記第１膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、併せて、前記吸熱器により前記放熱器にて放熱し前記第２膨張弁にて減圧膨張された冷媒への吸熱を行い、前記インジェクション回路を機能させて前記換気熱交換器により気化の促進された冷媒を前記圧縮機の中間圧領域に供給する、
   車両の空調装置。
2. 前記調節手段は、前記放熱器への内気や外気の流通度合いを調節するダンパからなり、
   暖房時及び除湿暖房時には、前記ダンパを流通側に調節し、
   冷房時には、前記ダンパを遮断側に調節することで前記放熱器による冷媒から車室内への熱の移動を抑止する、
   請求項１に記載の車両の空調装置。

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