JP5884079B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置に関する。
従来、例えばガソリンエンジンを備える自動車では、冷房にヒートポンプが用いられる一方、暖房にエンジンの廃熱が利用されていた。近年では、エンジンの廃熱量が少ないハイブリッド車、およびエンジンの廃熱が利用できない電気自動車が普及してきており、これに合わせて冷房だけでなく暖房にもヒートポンプを用いるようにした車両用空調装置が開発されてきている。例えば、特許文献１には、図６Ａに示すような車両用空調装置１０
０が開示されている。
この車両用空調装置１００は、冷媒が一方向のみに流れるヒートポンプ回路１１０を備えている。ヒートポンプ回路１１０は、圧縮機１２１、第１室内熱交換器１３１、第１膨張弁１２２、室外熱交換器１３３、第２膨張弁１２３および第２室内熱交換器１３２を含み、これらの機器は流路によってこの順に接続されている。また、ヒートポンプ回路１１０には、第１膨張弁１２２をバイパスする短絡路と第２膨張弁１２３をバイパスする短絡路とが設けられており、これらの短絡路には第１開閉弁１４１および第２開閉弁１４２がそれぞれ設けられている。
第１室内熱交換器１３１および第２室内熱交換器１３２は、内気または外気を選択的に流すためのダクト１５０内に配置されている。ダクト１５０内には図略の送風機によって第２室内熱交換器１３２側の一端から内気または外気が取り込まれ、その内気または外気が第１室内熱交換器１３１側の他端から車室内に吹き出される。すなわち、第２室内熱交換器１３２は、第１室内熱交換器１３１よりも風上側に位置している。
また、ダクト１５０内には、図６Ｂに示すように、第２室内熱交換器１３２の風上側に第１ダンパ１６１が配設され、第１室内熱交換器１３１の風上側に第２ダンパ１６２が配設されている。
このような構成の車両空調装置１００では、冷房運転時は、第１開閉弁１４１が開かれ、第２開閉弁１４２が閉じられる。また、第１ダンパ１６１および第２ダンパ１６２は、図６Ｂ中に実線で示す位置にセットされる。これにより、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１３１で放熱することなく室外熱交換器１３３に流入し、ここで放熱した後に第２膨張弁１２３で膨張される。膨張された冷媒は、第２室内熱交換器１３２で吸熱した後に圧縮機１２１に吸入される。
一方、暖房運転時は、第１開閉弁１４１が閉じられ、第２開閉弁１４２が開かれる。また、第１ダンパ１６１および第２ダンパ１６２は、図６Ｂ中に二点鎖線で示す位置にセットされる。これにより、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１３１で放熱し、第１膨張弁１２２で膨張される。膨張された冷媒は、室外熱交換器１３３に流入し、ここで吸熱した後に第２室内熱交換器１３２でさらに吸熱することなく圧縮機１２１に吸入される。
特許第３４３３２９７号公報
ところで、ダクト１５０内に外気が取り込まれる場合、換言すればダクト１５０を通じて車室内に外気が導入される場合には、導入された外気と同じ量の内気（車室内空気）を外部に排出する必要がある。しかしながら、内気は暖房または冷房によって既に温度が調整されたものであるので、内気をそのまま外部に排出すると、その内気の温度を調整するのに要したエネルギーが無駄になる。
本発明は、このような事情に鑑み、エネルギーを効率的に活用することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、前記車室内に外気を導入するための外気導入口と、内部に前記車室内の空気である内気を取り込むための流入口および前記車室内に空気を吹き出すための流出口を有するダクトと、前記ダクト内に前記流入口から前記流出口に向かう空気の流れを生じさせる送風機と、前記ダクト内に配置された主として暖房に寄与する第１室内熱交換器、前記ダクト内に配置された主として冷房に寄与する第２室内熱交換器、および前記車室外に配置された室外熱交換器を含むヒートポンプ回路と、を備え、前記ダクトには、暖房運転時に前記第２室内熱交換器で冷却された空気を前記車室外に排出するための暖房用排気口、および冷房運転時に前記第１室内熱交換器で加熱された空気を前記車室外に排出するための冷房用排気口、の少なくとも一方が設けられている、車両用空調装置を提供する。
上記の構成によれば、暖房用排気口が設けられている場合は、暖房によって温められた内気が外部に排出される途中で、その内気から第２室内熱交換器によって熱を奪うことができる。一方、冷房用排気口が設けられている場合は、冷房によって冷やされた内気が外部に排出される途中で、その内気に第１室内熱交換器によって熱を与えることができる。すなわち、どちらの場合でも、外部に排出される内気を合理的に利用して、エネルギーを効率的に活用することができる。
本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の構成図 別のダクトの構成例を示す図 第１実施形態の変形例の車両用空調装置の構成図 本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の構成図 図５Ａおよび図５Ｂは代替案の切換手段の構成図 図６Ａは従来の車両用空調装置の構成図、図６Ｂは同車両用空調装置に用いられるダンパを示す説明図
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１Ａの構成図である。この車両用空調装置１Ａは、図略の車室内の冷房および暖房を行うものであり、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２Ａと、制御装置６とを備えている。なお、冷媒としては、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＣＯ2などに加え、他のＨＦＣ系、ＨＣ系などが利用できる。
ヒートポンプ回路２Ａは、圧縮機１１、第１室内熱交換器１２Ａ、第１膨張弁１３Ａ、室外熱交換器１４、第２膨張弁１３Ｂ、および第２室内熱交換器１２Ｂを含んでいる。これらの機器（１１，１２Ａ，１３Ａ，１４，１３Ｂ，１２Ｂ）は、第１流路２ａ〜第６流路２ｆによってこの順に環状に接続されている。
圧縮機１１は、図略の電動モータにより駆動されるものであり、吸入口から吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する。電動モータは、圧縮機１１の内部に配置されていてもよいし、外部に配置されていてもよい。圧縮機１１の吐出口は、第１流路２ａを介して第１室内熱交換器１２Ａに接続されている。
第１室内熱交換器１２Ａは、主として暖房に寄与するものであり、ダクト３内に配置さ
れている。ダクト３は、内部に車室内の空気である内気を取り込むための流入口３１および車室内に空気を吹き出すための流出口３２を有している。また、ダクト３内には、本発明の送風機として流入口３１の近くにブロワ４が配設されており、ブロワ４がダクト３内に流入口３１から流出口３２に向かう空気の流れを生じさせる。なお、本発明の送風機は、ブロワ４に限定されるものではなく、ファンであってもよい。ファンを用いる場合には、ファンを流出口３２の近くに配置することも可能である。
本実施形態では、車室内に外気を導入するための外気導入口３３がダクト３に設けられており、外気がダクト３を通じて車室内に導入されるようになっている。さらに、ダクト３内には、外気導入口３３を通じてダクト３内に取り込まれる外気の量と流入口３１を通じてダクト３内に取り込まれる内気の量の比率を調整する吸気ダンパ５１が配設されている。そして、第１室内熱交換器１２Ａは、ブロワ４により供給される内気および／または外気と冷媒との間で熱交換を行う。本実施形態では、第１室内熱交換器１２Ａは、冷房運転時および暖房運転時ともに凝縮器として機能する。第１室内熱交換器１２Ａは、第２流路２ｂを介して第１膨張弁１３Ａに接続されている。
第１膨張弁１３Ａは、冷房運転時に冷媒をそのまま通過させ、暖房運転時に冷媒を膨張させる。第１膨張弁１３Ａは、第３流路２ｃを介して室外熱交換器１４に接続されている。
室外熱交換器１４は、車室外（例えば、自動車のフロント）に配置され、車両の走行およびファン１６により供給される外気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１４は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。室外熱交換器１４は、第４流路２ｄを介して第２膨張弁１３Ｂに接続されている。
第２膨張弁１３Ｂは、冷房運転時に冷媒を膨張させ、暖房運転時に冷媒をそのまま通過させる。第２膨張弁１３Ｂは、第５流路２ｅを介して第２室内熱交換器１２Ｂに接続されている。
第２室内熱交換器１２Ｂは、主として冷房に寄与するものであり、ダクト３内に配置され、ブロワ４により供給される内気および／または外気と冷媒との間で熱交換を行う。本実施形態では、第２室内熱交換器１２Ｂがダクト３内で第１室内熱交換器１２Ａよりも風上側に位置している。第２室内熱交換器１２Ｂは、冷房運転時および暖房運転時ともに蒸発器として機能する。第２室内熱交換器１２Ｂは、第６流路２ｆを介して圧縮機１１の吸入口に接続されている。なお、第６流路２ｆには、アキュムレータ１５が設けられている。
次に、ダクト３の内部の構成を詳細に説明する。なお、図１では、ダクト３における第１室内熱交換器１２Ａおよび第２室内熱交換器１２Ｂを収容する部分が模式的に一定の断面積を有する筒状に描かれているが、ダクト３の実際の形状は、当該ダクト３が設置されるスペースに合わせて膨らんでいたりうねっていたりしていてもよい。また、上述した流出口３２は、デフロスタ吹出口、フェイス吹出口およびフット吹出口など複数に分岐していてもよい。
本実施形態では、第２室内熱交換器１２Ｂが、ダクト３内で当該第２室内熱交換器１２Ｂを経由する第３流路３Ａと当該第２室内熱交換器１２Ｂを経由しない第４流路３Ｂとが層をなすように配置されている。同様に、第１室内熱交換器１２Ａも、ダクト３内で当該第１室内熱交換器１２Ａを経由する第１流路３Ｃと当該第１室内熱交換器１２Ａを経由しない第２流路３Ｄとが層をなすように配置されている。また、ダクト３内には、第３流路３Ａと第４流路３Ｂとを仕切る第２仕切り板４１と、第１流路３Ｃと第２流路３Ｄとを仕
切る第１仕切り板４２とが配設されている。そして、第２室内熱交換器１２Ｂおよび第１室内熱交換器１２Ａは、第３流路３Ａが第２流路３Ｄと連続し、第４流路３Ｂが第１流路３Ｃと連続するように、第２仕切り板４１および第１仕切り板４２を挟んで互いに反対側に位置している。
さらに、ダクト３内には、第３流路３Ａを流れる風量と第４流路３Ｂを流れる風量の比率を調整する第２調整ダンパ５２と、第１流路３Ｃを流れる風量と第２流路３Ｄを流れる風量の比率を調整する第１調整ダンパ５３とが配設されている。本実施形態では、第１調整ダンパ５３が第２仕切り板４１と第１仕切り板４２の間に配置され、第２調整ダンパ５２が第２仕切り板４１の風上側に配置されている。ただし、図２に示すように、第２調整ダンパ５２が第２仕切り板４１と第１仕切り板４２の間に配置され、第１調整ダンパ５３が第１仕切り板４２の風下側に配置されていてもよい。第２仕切り板４１と第１仕切り板４２との間に配置される第１調整ダンパ５３（図２の場合は第２調整ダンパ５２）は、第２仕切り板４１の風下側の端部と第１仕切り板４２の風上側の端部とを結ぶ線上に位置したときに、第３流路３Ａを通過した空気と第４流路３Ｂを通過した空気とが混合することを防止する。
なお、以下では、説明の簡略化のために、第２調整ダンパ５２については、第４流路３Ｂを遮断する位置をバイパス側遮断位置、第３流路３Ａを遮断する位置を熱交換器側遮断位置、第３流路３Ａを流れる風量と第４流路３Ｂを流れる風量とが等しくなる位置を中間位置、中間位置とバイパス側遮断位置との間の位置をバイパス側抑制位置、中間位置と熱交換器側遮断位置との間の位置を熱交換器側抑制位置という。一方、第１調整ダンパ５３については、第２流路３Ｄを遮断する位置をバイパス側遮断位置、第１流路３Ｃを遮断する位置を熱交換器側遮断位置、第２仕切り板４１の風下側の端部と第１仕切り板４２の風上側の端部とを結ぶ線上に位置する位置を中間位置、中間位置とバイパス側遮断位置との間の位置をバイパス側抑制位置、中間位置と熱交換器側遮断位置との間の位置を熱交換器側抑制位置という。
また、ダクト３には、第２室内熱交換器１２Ｂの風下側に暖房用排気口３４が設けられ、第１室内熱交換器１２Ａの風下側に冷房用排気口３５が設けられている。暖房用排気口３４は、暖房運転時に第２室内熱交換器１２Ｂで冷却された空気を車室外に排出するためのものであり、冷房用排気口３５は、冷房運転時に第１室内熱交換器１２Ａで加熱された空気を車室外に排出するためのものである。
本実施形態では、暖房用排気口３４が第３流路３Ａに開口するように第２仕切り板４１に対応する位置に配置されており、冷房用排気口３５が第１流路３Ｃに開口するように第１仕切り板４２に対応する位置に配置されている。ただし、第３流路３Ａは第２流路３Ｄと連続しているので、暖房用排気口３４は、図２に示すように第２流路３Ｄに開口するように第１仕切り板４２に対応する位置に配置されていてもよい。
さらに、ダクト３には、暖房用排気口３４を開閉する暖房用排出ダンパ５４と、冷房用排気口３５を開閉する冷房用排出ダンパ５５とが取り付けられている。
暖房用排出ダンパ５４は、暖房用排気口３４の風下側に揺動軸を有しており、暖房用排気口３４を閉じる閉じ位置からダクト３の内側に揺動して暖房用排気口３４を開く。すなわち、暖房用排出ダンパ５４は、暖房用排気口３４を開いたときに、第２室内熱交換器１２Ｂを通過した空気を暖房用排気口３４に導く。なお、暖房用排気口３４を開くときは、暖房用排出ダンパ５４は図略のサーボモータにより任意の位置に停止可能である。
本実施形態では、暖房用排出ダンパ５４が、暖房用排気口３４を閉じる閉じ位置と、当
該暖房用排出ダンパ５４の先端が第２仕切り板４１に近接または当接して第３流路３Ａを遮断する遮断位置（図１中に二点鎖線で示す位置）との間で揺動可能となっている。ただし、図２に示すように、暖房用排気口３４が第１仕切り板４２に対応する位置に配置される場合は、暖房用排出ダンパ５４は、暖房用排気口３４を閉じる閉じ位置と、当該暖房用排出ダンパ５４の先端が第１仕切り板４２に近接または当接して第２流路３Ｄを遮断する遮断位置との間で揺動可能となっていてもよい。
冷房用排出ダンパ５５は、冷房用排気口３５の風下側に揺動軸を有しており、冷房用排気口３５を閉じる閉じ位置からダクト３の内側に揺動して冷房用排気口３５を開く。すなわち、冷房用排出ダンパ５５は、冷房用排気口３５を開いたときに、第１室内熱交換器１２Ａを通過した空気を冷房用排気口３５に導く。なお、冷房用排気口３５を開くときは、冷房用排出ダンパ５５は図略のサーボモータにより任意の位置に停止可能である。
本実施形態では、冷房用排出ダンパ５５が、冷房用排気口３５を閉じる閉じ位置と、当該冷房用排出ダンパ５５の先端が第１仕切り板４２に近接または当接して第１流路３Ｃを遮断する遮断位置（図１中に二点鎖線で示す位置）との間で揺動可能となっている。
上述した圧縮機１１、第１膨張弁１３Ａおよび第２膨張弁１３Ｂ、ならびに各種のダンパ５１〜５５は、制御装置６により制御される。制御装置６は、車室内に配置された操作パネル（図示せず）と接続されており、冷房運転および暖房運転を行う。以下、冷房運転時および暖房運転時における車両用空調装置１Ａの動作を説明する。ただし、以下では、車室内が換気される場合を代表的に説明する。
＜冷房運転＞
冷房運転時、制御装置６は、まず第１膨張弁１３Ａを全開にするとともに、第２膨張弁１３Ｂを所定の開度に設定する。また、制御装置６は、第２調整ダンパ５２をバイパス側抑制位置にセットし、第３流路３Ａを流れる風量が第４流路３Ｂを流れる風量よりも大きくなるようにする。このとき、第１調整ダンパ５３は、例えば中間位置にセットされる。このため、圧縮機１１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１２Ａおよび室外熱交換器１４で放熱し、第２膨張弁１３Ｂで減圧した後に、第２室内熱交換器１２Ｂで吸熱する。
また、ダクト３内では、吸気ダンパ５１が、外気導入口３３からダクト３内に換気に十分な流量の外気が取り込まれるように制御され、暖房用排出ダンパ５４が暖房用排気口３４を閉じる閉じ位置にセットされる。一方、冷房用排出ダンパ５５は、例えば第１流路３Ｃを遮断する遮断位置にセットされ、冷房用排気口３５が開かれる。このため、流入口３１から取り込まれた内気および外気導入口３３から取り込まれた外気は、互いに混ざり合って混合気となり、この混合気の大半が第２室内熱交換器１２Ｂで冷却された後に流出口３２から車室内に吹き出される。残りの混合気は、第１室内熱交換器１２Ａで冷媒を冷却することによって加熱された後に、冷房用排気口３５を通じて車室外に排出される。
ところで、冷房用排気口３５を通じて車室外に排出される空気の流量は、外気導入口３３を通じて取り込まれた外気の流量と同等又は少ないことが好ましい。これを実現するには、冷房用排出ダンパ５５を遮断位置にセットした上で、第２調整ダンパ５２および第１調整ダンパ５３の少なくとも一方で第１流路３Ｃに流れ込む流量を規制してもよい。このようにすれば、第１室内熱交換器１２Ａを通過した空気の全量が外部に排出される。あるいは、第２調整ダンパ５２および第１調整ダンパ５３の双方を所望の位置にセットした上で、冷房用排出ダンパ５５で冷却用排気口３５に導かれる空気の量を規制してもよい。このようにすれば、第１室内熱交換器１２Ａを通過した空気の一部が外部に排出される。この場合、第１調整ダンパ５３を第２仕切り板４１と連続させて（中間位置）、第２調整ダ
ンパ５２により第３流路３Ａと第４流路３Ｂに流れる空気の流量を調整してもよい。
なお、言うまでもないが、空調始動時に温度特性改善のために一時的に換気しない場合や駐車時の換気が必要のない場合等で車室内への外気の導入が行われないときには、冷房用排出ダンパ５５が閉じ位置にセットされ、第２調整ダンパ５２がバイパス側遮断位置にセットされ、第１調整ダンパ５３が熱交換器側遮断位置にセットされてもよい。
＜暖房運転＞
暖房運転時、制御装置６は、まず第２膨張弁１３Ｂを全開にするとともに、第１膨張弁１３Ａを所定の開度に設定する。また、制御装置６は、第２調整ダンパ５２を熱交換器側抑制位置にセットし、第４流路３Ｂを流れる風量が第３流路３Ａを流れる風量よりも大きくなるようにする。このとき、第１調整ダンパ５３は、例えば中間位置にセットされる。このため、圧縮機１１から吐出された冷媒は、第１室内熱交換器１２Ａで放熱し、第１膨張弁１３Ａで減圧した後に、室外熱交換器１４および第２室内熱交換器１２Ｂで吸熱する。
また、ダクト３内では、吸気ダンパ５１が、外気導入口３３からダクト３内に換気に十分な流量の外気が取り込まれるように制御され、冷房用排出ダンパ５５が冷房用排気口３５を閉じる閉じ位置にセットされる。一方、暖房用排出ダンパ５４は、例えば第３流路３Ａを遮断する遮断位置にセットされ、暖房用排気口３４が開かれる。このため、流入口３１から取り込まれた内気および外気導入口３３から取り込まれた外気は、互いに混ざり合って混合気となり、この混合気の大半が第１室内熱交換器１２Ａで加熱された後に流出口３２から車室内に吹き出される。残りの混合気は、第２室内熱交換器１２Ｂで冷媒を加熱することによって冷却された後に、暖房用排気口３４を通じて車室外に排出される。
ところで、暖房用排気口３４を通じて車室外に排出される空気の流量は、外気導入口３３を通じて取り込まれた外気の流量と同等又は少ないことが好ましい。これを実現するには、暖房用排出ダンパ５４を遮断位置にセットした上で、第２調整ダンパ５２で第３流路３Ａに流れ込む流量を規制してもよい。このようにすれば、第２室内熱交換器１２Ｂを通過した空気の全量が外部に排出される。あるいは、第２調整ダンパ５２を所望の位置にセットした上で、暖房用排出ダンパ５４で暖房用排気口３４に導かれる空気の量を規制してもよい。このようにすれば、第２室内熱交換器１２Ｂを通過した空気の一部が外部に排出される。
なお、言うまでもないが、車室内への外気の導入が行われないときには、暖房用排出ダンパ５４が閉じ位置にセットされ、第２調整ダンパ５２が熱交換器側遮断位置にセットされ、第１調整ダンパ５３がバイパス側遮断位置にセットされてもよい。
以上説明したように、冷房運転時には、冷房によって冷やされた内気が外部に排出される途中で、その内気に第１室内熱交換器１２Ａによって熱を与えることができる。一方、暖房運転時には、暖房によって温められた内気が外部に排出される途中で、その内気から第２室内熱交換器１２Ｂによって熱を奪うことができる。すなわち、どちらの運転時でも、外部に排出される内気を合理的に利用して、エネルギーを効率的に活用することができる。
また、本実施形態の構成では、ダクト３内に取り込まれた外気の一部も外部に排出されることになるが、その外気排出分については、冷房運転時の第１室内熱交換器１２Ａまたは暖房運転時の第２室内熱交換器１２Ｂを室外熱交換器１４のサブ熱交換器として働かせることができる。
さらに、ダクト３内に取り込まれる空気が外気１００％である場合には、冷房運転時の第１室内熱交換器１２Ａまたは暖房運転時の第２室内熱交換器１２Ｂをもう１台の室外熱交換器として働かせることができる、換言すれば室外熱交換器を２台使用することができるため、車両用空調装置１Ａの効率を向上させることができる。より詳しくは、暖房運転時は室外熱交換器１４と第２熱交換器１２Ｂによる吸熱、冷房運転時は室外熱交換器１４と第１熱交換器１２Ａによる放熱により、能力と効率の向上が期待できる。また、暖房運転時に不要となる室内蒸発器を暖房能力向上に有効利用でき、冷房運転時に不要となる室内凝縮器を冷房能力向上に有効利用できる。なお、この場合は、ダクト３を通じて車室内に導入される外気と同量の内気が車体後方の排気口または車室を構成する部材間の隙間などから外部に排出される。また、ダクト３内に外気と内気の両方が取り込まれる場合は、暖房または冷房能力向上の効果と上述したエネルギー回収の効果の双方を得ることができる。
＜変形例＞
なお、前記実施形態では、第１室内熱交換器１２Ａおよび第２室内熱交換器１２Ｂの双方の大きさが、それらが配置される位置でのダクト３の断面積よりも小さくされていた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、第１室内熱交換器１２Ａおよび第２室内熱交換器１２Ｂの双方または一方が、それらが配置される位置でのダクト３の断面積と同程度の大きさを有していてもよい。
また、全てのダンパ５１〜５５は、それぞれ単独のモータで駆動される必要はなく、リンク機構などを利用してそのうちのいくつかを共通のモータで駆動するようにしてもよい。
さらに、前記実施形態では、ダクト３内に２つの調整ダンパ５２，５３が配設されていたが、この２つの調整ダンパ５２，５３の役割を第２仕切り板４１と第１仕切り板４２の間に配置された１つの調整ダンパで果たすことも可能である。
また、図面では揺動する板状のダンパを例に挙げたが、スライドドアやフィルムドアを用いて暖房用排気口３４および冷房用排気口３５を開閉することも可能である。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置１Ｂの構成図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の車両用空調装置１Ｂは、冷媒の流れ方向が切り換えられるヒートポンプ回路２Ｂを備えている。このヒートポンプ回路２Ｂは、圧縮機１１、四方弁１７、第１室内熱交換器１２Ａ、膨張弁１３、室外熱交換器１４、および第２室内熱交換器１２Ｂを含んでおり、これらの機器は、第１流路２１〜第７流路２７によって接続されている。
具体的に、圧縮機１１の吐出口は、第１流路２１を介して四方弁１７の第１ポートに接続されている。四方弁１７の第２ポートは、第２流路２２を介して室外熱交換器１４に接続されており、四方弁１７の第３ポートは、第５流路２５を介して第１室内熱交換器１２Ａに接続されている。室外熱交換器１４および第１室内熱交換器１２Ａは、それぞれ第３流路２３および第４流路２４を介して膨張弁１３に接続されている。四方弁１７の第４ポートは、第６流路２６を介して第２室内熱交換器１２Ｂに接続されており、第２室内熱交換器１２Ｂは、第７流路２７を介して圧縮機１１の吸入口に接続されている。なお、第７流路２７には、アキュムレータ１５が設けられている。
膨張弁１３は、冷媒を膨張させるものであり、本発明の膨張機構の一例である。本発明
の膨張機構としては、膨張する冷媒から動力を回収する容積型の膨張機等を採用してもよい。
四方弁１７は、本発明の切換手段として機能するものであり、ヒートポンプ回路２Ｂに流れる冷媒の流れ方向を、冷房運転時には破線矢印で示す第１方向に切り換え、暖房運転時には実線矢印で示す第２方向に切り換える。第１方向は、圧縮機１１から吐出された冷媒が室外熱交換器１４、膨張弁１３、第１室内熱交換器１２Ａおよび第２室内熱交換器１２Ｂをこの順に通過して圧縮機１１に戻る方向であり、第２方向は、圧縮機１１から吐出された冷媒が第１室内熱交換器１２Ａ、膨張弁１３、室外熱交換器１４および第２室内熱交換器１２Ｂをこの順に通過して圧縮機１１に戻る方向である。
さらに、本実施形態では、第１室内熱交換器１２Ａと四方弁１７の間の第５流路２５に、制御装置６によって冷媒をそのまま通過させるオフ状態と冷媒を減圧するオン状態との間で切り換えられる補助減圧機構１８が設けられている。具体的に、補助減圧機構１８は、暖房運転時および通常の冷房運転時にオフ状態に制御され、冷房運転の中でも外部に排出される内気からエネルギーを回収するエネルギー回収冷房運転時にオン状態に制御される。補助減圧機構１８がオン状態に制御されるときには、膨張弁１３が相対的に大きな開度に設定される。このため、第１室内熱交換器１２Ａは、通常の冷房運転時は蒸発器として機能するが、エネルギー回収冷房運転時は凝縮器として機能する。一方、暖房運転時は、第１室内熱交換器１２Ａは凝縮器として機能する。第２室内熱交換器１２Ｂは、第１実施形態と同様に、冷房運転時および暖房運転時ともに蒸発器として機能する。
なお、本実施形態におけるエネルギー回収冷房運転時および暖房運転時の各種のダンパ５１〜５５の制御は、第１実施形態で説明した冷房運転時および暖房運転時の制御と同じであるため、その説明を省略する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
＜変形例＞
前記実施形態では、切換手段として四方弁１７が用いられていたが、本発明の切換手段はこれに限られるものではない。例えば、切換手段は、図５Ａに示すような、第１流路２１および第６流路２６と接続された２つの三方弁１７１が一対の配管１７２によってループ状に接続され、それらの配管１７２に第２流路２２および第５流路２５が接続された回路１７Ａであってもよい。あるいは、切換手段は、図５Ｂに示すようないわゆるブリッジ回路１７Ｂであってもよい。
また、ヒートポンプ回路２Ｂには必ずしも減圧補助機構１８が設けられている必要はない。減圧補助機構１８が設けられていない場合は、第１室内熱交換器１２Ａが冷房運転時および暖房運転時ともに蒸発器としてのみ機能する。すなわち、冷房運転時に第１室内熱交換器１２Ａで空気が加熱されることがないため、冷房用排気口３５および冷房用ダンバ５５を省略してもよい。なお、この場合は、冷房運転時にダクト３内を流れる空気が第２室内熱交換器１２Ｂおよび第１室内熱交換器１２Ａの双方によって冷却されるので、主として暖房に寄与する第１室内熱交換器１２Ａは冷房にも寄与するようになる。
（その他の実施形態）
前記第１および第２実施形態では、暖房用排気口３４および冷房用排気口３５の双方がダクト３に設けられていたが、ダクト３には、暖房用排気口３４および冷房用排気口３５の少なくとも一方が設けられていればよい。例えば、本発明の車両用空調装置は、暖房用排気口３４のみを持つ構成により、暖房性能だけを向上させるものであってもよい。
また、前記実施形態では、外気導入口３３がダクト３に設けられていたが、外気導入口３３は、外気が車室内に直接導入されるように、車室を規定する部材に設けられていてもよい。
さらには、第２室内熱交換器１２Ｂはダクト３内で必ずしも第１室内熱交換器１２Ａよりも風上側に位置している必要はなく、それらの配置位置が逆になっていてもよい。ただし、第２室内熱交換器１２Ｂが第１室内熱交換器１２Ａよりも風上側に位置していれば、暖房運転時にダクト３内を流れる空気を第１室内熱交換器１２Ａで加熱する前に第２室内熱交換器１２Ｂで除湿することが可能になる。
本発明の車両用空調装置は、エネルギーを効率的に活用して冷房および暖房を行うことができるので、特に電気自動車や燃料電池自動車などの非燃焼系の自動車に有用である。

Claims (8)

  1. 車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、
    前記車室内に外気を導入するための外気導入口と、
    内部に前記車室内の空気である内気を取り込むための流入口および前記車室内に空気を吹き出すための流出口を有するダクトと、
    前記ダクト内に前記流入口から前記流出口に向かう空気の流れを生じさせる送風機と、
    前記ダクト内に配置された主として暖房に寄与する第１室内熱交換器、前記ダクト内に配置された主として冷房に寄与する第２室内熱交換器、および前記車室外に配置された、暖房運転時に蒸発器として機能し、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器を含むヒートポンプ回路と、を備え、
    前記ダクトには、暖房運転時に前記第２室内熱交換器で冷却された空気を前記車室外に排出するための暖房用排気口、および冷房運転時に前記第１室内熱交換器で加熱された空気を前記車室外に排出するための冷房用排気口、の少なくとも一方が設けられ、
    前記第２室内熱交換器は、前記ダクト内で前記第１室内熱交換器よりも風上側に位置し、
    前記ダクト内に、前記第１室内熱交換器を経由する第１流路と、前記第１室内熱交換器を経由しない第２流路とを仕切るように配設された第１仕切り板と、
    前記ダクト内に、前記第２室内熱交換器を経由する第３流路と、前記第２室内熱交換器を経由しない第４流路とを仕切るように配設された第２仕切り板と、をさらに備え、
    前記第１室内熱交換器および前記第２室内熱交換器は、前記第３流路が前記第２流路と連続し、前記第４流路が前記第１流路と連続するように、前記第１仕切り板および前記第２仕切り板を挟んで互いに反対側に位置し、
    前記ダクト内には、前記第１流路を流れる風量と前記第２流路を流れる風量の比率を調整する第１調整ダンパが配設され、
    前記第１調整ダンパは、前記第１仕切り板と前記第２仕切り板との間に、前記第１流路の遮断、前記第２流路の遮断、および前記第３流路を通過した空気と前記第４流路を通過した空気との混合防止を選択的にし得るように設けられている、車両用空調装置。
  2. 前記ダクトには、前記暖房用排気口および前記冷房用排気口の双方が設けられている、
    請求項１に記載の車両用空調装置。
  3. 前記暖房用排気口を開閉する暖房用排出ダンパであって、前記暖房用排気口を開いたときには前記第２室内熱交換器を通過した空気を前記暖房用排気口に導く暖房用排出ダンパをさらに備える、請求項１または２に記載の車両用空調装置。
  4. 前記冷房用排気口を開閉する冷房用排出ダンパであって、前記冷房用排気口を開いたときには前記第１室内熱交換器を通過した空気を前記冷房用排気口に導く冷房用排出ダンパをさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
  5. 前記ダクト内に配設された、前記第３流路を流れる風量と前記第４流路を流れる風量の比率を調整する第２調整ダンパをさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
  6. 前記外気導入口は、前記ダクトに設けられており、
    前記外気導入口を通じて前記ダクト内に取り込まれる外気の量と前記流入口を通じて前記ダクト内に取り込まれる内気の量の比率を調整する吸気ダンパをさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
  7. 前記ヒートポンプ回路は、冷媒を圧縮する圧縮機、暖房運転時に冷媒を膨張させる第１膨張弁、および冷房運転時に冷媒を膨張させる第２膨張弁、をさらに含み、
    前記圧縮機、前記第１室内熱交換器、前記第１膨張弁、前記室外熱交換器、前記第２膨張弁および前記第２室内熱交換器は、流路によってこの順に環状に接続されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
  8. 前記ヒートポンプ回路は、冷媒を圧縮する圧縮機、および冷媒を膨張させる膨張機構、をさらに含み、
    前記ヒートポンプ回路に流れる冷媒の流れ方向を、冷房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器、前記膨張機構、前記第１室内熱交換器および前記第２室内熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第１方向に切り換え、暖房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記第１室内熱交換器、前記膨張機構、前記室外熱交換器および前記第２室内熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第２方向に切り換える切換手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
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