JPWO2011087001A1 - 車両用空調システム - Google Patents

Abstract

車両用空調システム（１０）は、コンプレッサ（１６）を介して冷媒体を循環させるヒートポンプ循環路（１８）を備える。ヒートポンプ循環路（１８）には、冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサユニット（２０）と、前記コンデンサユニット（２０）から送られる前記冷媒体を減圧させる膨張弁（２２）と、前記冷媒体と空調用空気とで熱交換を行う第１エバポレータ（２４）と、前記冷媒体と前記空調用空気とで熱交換を行うヒータ（２６）と、キャビン（１４）から排出される熱媒体と前記冷媒体とで熱交換を行う第２エバポレータ（３０）とが配設される。ヒートポンプ循環路（１８）には、暖房時に、コンデンサユニット（２０）を構成するメインコンデンサ（３２）をバイパスしてヒータ（２６）と気液分離式冷媒体貯留部（３４）とを連結するためのバイパス手段（４０）が設けられる。上記の構成により、暖房モード時のみ必要となる専用部品数の増加を抑え、冷房モード時に有効に利用することで、冷媒不足による空調性能の低下を防止するという効果を奏する。

Description

本発明は、車両に搭載されて乗員用のキャビンの空調を行うためのヒートポンプ式の車両用空調システムに関する。

車両、例えば、内燃エンジンを組み込むエンジン自動車、エンジンと二次電池（又は二次電池と燃料電池等）とを併用するハイブリッド自動車、電気自動車及び燃料電池自動車等の自動車に対応して、種々の車両用空調システムが採用されている。

例えば、特開２００９−２３５６４号公報に開示されている車両用空調装置は、図１９に示すように、冷媒を吸入して吐出する圧縮機１と、空調ユニットケース２内に設けられ、暖房モード時に前記圧縮機１から吐出された冷媒と空気とを熱交換させて空気を加熱する凝縮器３と、前記暖房モード時に前記凝縮器３からの冷媒が流入して気液分離を行うレシーバ４と、前記暖房モード時に前記レシーバ４から流入した液冷媒を外気と熱交換して過冷却する過冷却器５と、前記暖房モード時に前記過冷却器５で過冷却された冷媒を減圧する減圧装置６と、前記暖房モード時に前記減圧装置６で減圧された冷媒を蒸発させる室外熱交換器７とを有している。

この車両用空調装置によれば、レシーバ４によるサブクール（過冷却度）の確保に加えて、前記レシーバ４の下流側に配置した過冷却器５で暖房モード時に外気を利用してさらに確実にサブクールを確保することができ、比較的簡単なサイクル構成により、高効率で暖房性能にも優れた車両用空調装置を提供することができる、としている。

しかしながら、上記の特開２００９−２３５６４号公報では、レシーバ４及び過冷却器５が暖房モード時にのみに使用されるものであり、冷房モード時には不要になっている。従って、暖房モード時の専用部品点数が増加してしまい、経済的ではないという問題がある。

しかも、特開２００９−２３５６４号公報では、冷房モード時、冷却された室外熱交換器７に液状冷媒が滞留して空調に使用される冷媒量が減少する際、冷媒量の不足を補うためのバッファ部が備えられていない。このため、冷媒不足による空調性能の低下が惹起され、圧縮機１の能力不足による動力の拡大及び該動力の拡大による燃費悪化が生じる。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、冷媒体を安定して循環させることにより、熱交換効率の向上を図り、良好な空調性能を維持することが可能な車両用空調システムを提供することを目的とする。

本発明は、圧縮機を介して冷媒体を循環させるヒートポンプ循環路に配置され、前記冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサと、前記ヒートポンプ循環路に配置され、前記冷媒体と空調用空気とで熱交換を行うエバポレータと、前記ヒートポンプ循環路に配置され、前記圧縮機から送出される前記冷媒体と前記エバポレータを通過した前記空調用空気とで熱交換を行うヒータとを備えるヒートポンプ式の車両用空調システムに関するものである。

この空調システムは、気液分離式冷媒体貯留部と、過冷却用熱交換器と、暖房時に、コンデンサをバイパスしてヒータの下流に前記気液分離式冷媒体貯留部及び前記過冷却用熱交換器を連結するためのバイパス手段とを備えている。

本発明では、冷房時に、気液分離式冷媒体貯留部は、冷媒体の不足を補うバッファ部として機能することができる。このため、例えば、外気温度が上昇した際の暖房運転や除湿暖房運転等の過渡運転時にも、冷媒体の不足が発生することがなく、安定した空調性能を維持することが可能になる。

一方、暖房時には、コンデンサをバイパスしてヒータと気液分離式冷媒体貯留部及び過冷却用熱交換器とが連結されている。従って、気液分離式冷媒体貯留部は、サブクールタンクとして機能し、冷媒体に含まれる気体が分離された液状冷媒体は、過冷却用熱交換器（サブクールコンデンサ）を通ることにより外気温度域まで冷却されている。このため、暖房時のためにのみ使用されるサブクールタンク及びサブクール部を設ける必要がない。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷媒体を安定して循環させることにより、熱交換効率の向上を図り、良好な空調性能を維持することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る車両用空調システムの概略ブロック図である。 前記車両用空調システムの暖房運転時の概略説明図である。 前記暖房運転時のモリエル線図上に示されたサイクル図である。 前記車両用空調システムの除湿暖房運転時の概略説明図である。 前記車両用空調システムの冷房運転時の概略説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用空調システムの概略説明図である。 前記車両用空調システムにおける暖房運転時のモリエル線図上に示されたサイクル図である。 本発明の第３の実施形態に係る車両用空調システムの概略説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る車両用空調システムの概略ブロック図である。 前記車両用空調システムの暖房運転時の概略説明図である。 前記車両用空調システムの除湿暖房運転時の概略説明図である。 前記車両用空調システムの冷房運転時の概略説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る車両用空調システムの概略説明図である。 前記車両用空調システムの冷房運転時の概略説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る車両用空調システムの概略説明図である。 前記車両用空調システムの冷房運転時の概略説明図である。 本発明の第７の実施形態に係る車両用空調システムの概略説明図である。 本発明の第８の実施形態に係る車両用空調システムの概略説明図である。 特開２００９−２３５６４号公報に開示されている車両用空調装置の説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る車両用空調システム１０は、自動車（車両）１２に搭載されており、乗員用のキャビン（車室）１４の空調を行う。

空調システム１０は、コンプレッサ（圧縮機）１６を介して冷媒体を循環させるヒートポンプ循環路１８を備える。ヒートポンプ循環路１８には、冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサユニット（コンデンサ）２０と、前記コンデンサユニット２０から送られる前記冷媒体を減圧させる膨張弁２２と、前記膨張弁２２を通過した前記冷媒体と空調用空気とで熱交換を行う第１エバポレータ（エバポレータ）２４と、前記コンプレッサ１６から送出される前記冷媒体と前記第１エバポレータ２４を通過した前記空調用空気とで熱交換を行うヒータ２６とが配置される。

ヒートポンプ循環路１８から分岐路２８が分岐するとともに、前記分岐路２８には、キャビン１４から排出される熱媒体（キャビン１４からの排熱気体）と冷媒体で熱交換を行う第２エバポレータ（後方エバポレータ）３０が配置される。

ここで熱交換される熱媒体は、キャビン１４からの排熱気体であるため、前記キャビン１４の持つ熱を無駄に捨てずに有効利用することができる。また、空調システム１０の暖気起動時に、キャビン１４の暖気に供された熱を回収し、再投入することができるため、迅速な立ち上がりが遂行されるという利点がある。

コンデンサユニット２０は、ヒータ２６の下流に直列に連結され、冷房時に、冷媒体が流通されるメインコンデンサ（凝縮部）３２、気液分離式冷媒体貯留部（サブクールタンク）３４及びサブコンデンサ（過冷却用熱交換器）３６を備える。メインコンデンサ３２の上流側には、電磁弁３８ａが配置される。

ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、メインコンデンサ３２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段４０が設けられる。バイパス手段４０は、ヒートポンプ循環路１８から分岐してコンデンサユニット２０を構成する気液分離式冷媒体貯留部３４に接続される第１バイパス路４２ａを備える。この第１バイパス路４２ａには、電磁弁３８ｂが配置される。

膨張弁２２は、空調用空気を冷却する第１エバポレータ２４から送出された冷媒体の温度を検出する手段（図示せず）を有する。この膨張弁２２は、第１エバポレータ２４から送出された冷媒体の温度に応じて、開度を自動的に変更させることにより、冷媒体流量を変更可能に構成される。

ヒートポンプ循環路１８には、膨張弁２２に近接する部位と、分岐路２８の入り口側との接続部位に対応して、三方弁４４ａが配置される。ヒートポンプ循環路１８には、第１エバポレータ２４をバイパスする第２バイパス路４２ｂの出口部と前記ヒートポンプ循環路１８との接続部位に対応して、三方弁４４ｂが配置される。第２エバポレータ３０は、自動車１２の後部側に配置される（図２参照）。

第１エバポレータ２４とヒータ２６との間には、前記第１エバポレータ２４により冷却された空調用空気を前記ヒータ２６を迂回させてキャビン１４に送出するためのエアミックスダンパ４６が設けられる。

自動車１２には、外気を空調用空気として取り入れるための外気取り入れ口４８が形成される。この外気取り入れ口４８の下流には、第１エバポレータ２４及びヒータ２６の順に配置される。空調システム１０は、電磁弁３８ａ、３８ｂの開閉制御及び三方弁４４ａ、４４ｂの切換制御を行って暖房運転と冷房運転とを切り換え制御する流路切換手段として機能するとともに、前記空調システム１０全体の駆動制御を行うための制御部（ＥＣＵ）５０を備える（図１参照）。

この空調システム１０の動作について、図３に示すサイクル図に沿って以下に説明する。

先ず、空調システム１０の暖房時には、図２に示すように、コンプレッサ１６が駆動され、前記コンプレッサ１６からヒートポンプ循環路１８に冷媒体が送出される。この冷媒体は、ヒータ２６に供給され、このヒータ２６で空調用空気と熱交換（放熱）を行い、前記空調用空気を昇温させる。

ヒータ２６から排出される冷媒体は、電磁弁３８ａが閉塞される一方、電磁弁３８ｂが開放されるため、第１バイパス路４２ａを通り、メインコンデンサ３２を迂回して気液分離式冷媒体貯留部３４に直接送られる。冷媒体は、気液分離式冷媒体貯留部３４からサブコンデンサ３６を通って冷却された後、膨張弁２２に送られる。

膨張弁２２で減圧された冷媒体は、三方弁４４ａを介して分岐路２８に分岐され、第２エバポレータ３０に導入される。第２エバポレータ３０では、冷媒体がキャビン１４内の熱源と熱交換を行った後、第１エバポレータ２４を迂回して第２バイパス路４２ｂから膨張弁２２を通って、再度、コンプレッサ１６に送られる。

この場合、第１の実施形態では、ヒータ２６の下流に、メインコンデンサ３２、気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６が直列に連結されている。そして、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、メインコンデンサ３２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段４０が設けられている。

従って、暖房時には、図２に示すように、ヒータ２６の下流は、メインコンデンサ３２をバイパスして気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６に連結させることができる。このため、気液分離式冷媒体貯留部３４は、サブクールタンクとして機能するとともに、サブコンデンサ３６は、サブクールコンデンサとして機能することができる（図３中、気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６を参照）。

これにより、冷媒体は、完全な液媒体として膨張弁２２に導入することが可能になり、前記膨張弁２２で気体の巻き込みが発生することを良好に阻止することができる。従って、ヒートポンプ循環路１８には、冷媒体を安定して循環させることが可能になり、空調性能の向上や、良好な空調性能の維持が容易に図られる。

しかも、気液分離式冷媒体貯留部３４は、サブクールタンクとして用いられている。このため、十分な冷媒体量を確保することができ、特に外気温度が上昇した際の暖房運転や除湿暖房運転等の過渡運転時にも、冷媒体不足による空調性能の低下を抑制することが可能になる。

さらに、第１の実施形態では、暖房時のためにのみ使用されるサブクールタンク及びサブクール部を設ける必要がない。後述する冷房時の放熱器であるコンデンサユニット２０を構成する気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６を共用することができるからである。また、これら暖房時のためにのみ使用する機器がないため、空調システム１０を納めた車両のフロント部分におけるシステム搭載空間が有効に縮小される。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷媒体を安定して循環させることにより、熱交換効率の向上を図り、良好な空調性能を維持することが可能になる。

次に、空調システム１０による除湿暖房運転について説明する。

この除湿暖房運転時には、図４に示すように、三方弁４４ｂが操作されることにより、第２バイパス路４２ｂが閉塞されて、第１エバポレータ２４がヒートポンプ循環路１８に接続される。このため、コンプレッサ１６の作用下に、ヒートポンプ循環路１８に送出される冷媒体は、ヒータ２６を通って放熱された後、気液分離式冷媒体貯留部３４、サブコンデンサ３６及び膨張弁２２を通過して低圧及び低温となる。この冷媒体は、第２エバポレータ３０で吸熱された後、第１エバポレータ２４に送られる。

第１エバポレータ２４では、空調用空気から吸熱することにより、前記空調用空気が一旦冷却された後、ヒータ２６の放熱作用下に昇温され、キャビン１４に送出される。従って、空調用空気は、第１エバポレータ２４で冷却されることにより、外気から取り込まれた空気に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施されることになる。

その際、第１エバポレータ２４を通過する空調用空気が低温であっても、第２エバポレータ３０によりキャビン１４から排出される高温低湿度の熱源から十分な吸熱がなされており、前記第１エバポレータ２４に流入される冷媒体が暖められている。これにより、除湿暖房運転時でも、第２エバポレータ３０が凍結することがなく、連続運転が可能になる。

しかも、冷媒体は、気液分離式冷媒体貯留部３４に供給されるため、この気液分離式冷媒体貯留部３４がサブクールタンクとして機能する。従って、除湿暖房運転等の過渡運転時のように、冷媒体が分配運転される際にも、前記冷媒体の不足が生じることがなく、安定した空調性能を発揮させることができる。

さらにまた、空調システム１０による冷房運転が、図５に示されている。

この冷房運転時には、電磁弁３８ａが開放されるとともに、電磁弁３８ｂが閉塞されて、コンデンサユニット２０がヒートポンプ循環路１８に接続される。一方、三方弁４４ａ、４４ｂの切替作用下に、分岐路２８がヒートポンプ循環路１８から遮断され、且つ第１エバポレータ２４が前記ヒートポンプ循環路１８に接続される。そして、エアミックスダンパ４６は、全閉姿勢に配置される。

このため、コンプレッサ１６の作用下に、圧縮されて高温となった冷媒体は、ヒータ２６を通過してコンデンサユニット２０で冷却される。この冷媒体は、膨張弁２２でさらに低温及び低圧の冷媒体となった後、第１エバポレータ２４に供給される。従って、第１エバポレータ２４では、低温の冷媒体が通過して空調用空気と熱交換することにより、前記空調用空気が冷却される一方、冷媒体は、吸熱後に膨張弁２２からコンプレッサ１６に戻される。

第１エバポレータ２４により冷却された空調用空気は、エアミックスダンパ４６の閉塞によってヒータ２６で暖められることがなく、キャビン１４に送出されるため、前記キャビン１４の冷房が行われる。この冷房運転時には、気液分離式冷媒体貯留部３４により、冷媒体量の増減に対する緩衝作用を有することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る車両用空調システム６０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る空調システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

空調システム６０では、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、メインコンデンサ３２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４とを連結するためのバイパス手段６２が設けられる。バイパス手段６２は、第１バイパス路４２ａと、前記第１バイパス路４２ａに配設され、冷媒体に圧損を付与する圧力損失部として、例えば、絞り弁や流量調整弁等の流量制御弁６４とを備える。流量制御弁６４は、アクチュエータ、例えば、モータ６６を介して開度が調整される。

この第２の実施形態では、図７のサイクル図に示すように、圧力損失部として流量制御弁６４が用いられるため、暖房時のサブクール領域を増加させることができる。このため、特に外気温が極低温である際には、流量制御弁６４の作用下に、ヒータ２６でのエンタルピー差を大きくすることが可能になる。

しかも、サブクール量を大きくすることにより、過冷却熱交換部である気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６の入口温度を、極低温の外気温度と同等な温度まで下げることができる。従って、過冷却熱交換部での外気放熱を最小に抑制することが可能になる。

さらに、サブクール量が大きくなるため、ヒータ２６を高温及び／又は高圧に高めることができる（圧力ａから圧力ａ１に高めることができる）。これにより、ヒータ２６の暖房性能を有効に向上させることが可能になる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る車両用空調システム７０の概略構成説明図である。

空調システム７０では、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、メインコンデンサ３２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４とを連結するためのバイパス手段７２が設けられる。バイパス手段７２は、第１バイパス路４２ａと、前記第１バイパス路４２ａに配設され、冷媒体に圧損を付与する圧力損失部として、キャピラリ７４とを備える。キャピラリ７４の上流には、電磁弁３８ｂが配置される。

この第３の実施形態では、圧力損失部としてキャピラリ７４が用いられるため、暖房時のサブクール領域を増加させることができる等、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る車両用空調システム８０の概略ブロック図であり、図１０は、前記空調システム８０の概略構成説明図である。

空調システム８０では、ヒートポンプ循環路１８には、冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサ８２と、暖房時に、前記コンデンサ８２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段８４とが設けられる。

コンデンサ８２は、凝縮部８６、タンク部８８及び過冷却部９０を一体に備える。コンデンサ８２とヒータ２６との間には、前記コンデンサ８２の上流側に近接して電磁弁３８ａが配置される。

バイパス手段８４は、第１バイパス路４２ａを備えるとともに、前記第１バイパス路４２ａには、気液分離式冷媒体貯留部３４、サブコンデンサ３６及び電磁弁３８ｂが配置される。

この空調システム８０の動作は、図３に示すサイクル図と同様に行われる。具体的には、暖房時には、図１０に示すように、コンプレッサ１６が駆動され、前記コンプレッサ１６からヒートポンプ循環路１８に冷媒体が送出される。この冷媒体は、ヒータ２６に供給され、このヒータ２６で空調用空気と熱交換（放熱）を行い、前記空調用空気を昇温させる。

ヒータ２６から排出される冷媒体は、電磁弁３８ａが閉塞される一方、電磁弁３８ｂが開放されるため、第１バイパス路４２ａを通り、コンデンサ８２を迂回して気液分離式冷媒体貯留部３４に直接送られる。冷媒体は、気液分離式冷媒体貯留部３４からサブコンデンサ３６を通って冷却された後、膨張弁２２に送られる。

この場合、第４の実施形態では、ヒータ２６の下流に、第１バイパス路４２ａを介して気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６が直列に連結されている。そして、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、コンデンサ８２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段８４が設けられている。

従って、暖房時には、図１０に示すように、ヒータ２６の下流は、コンデンサ８２をバイパスして気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６に連結させることができる。このため、気液分離式冷媒体貯留部３４は、サブクールタンクとして機能し、前記気液分離式冷媒体貯留部３４に供給されて冷媒体に含まれる気体が分離された液状冷媒体は、サブコンデンサ３６を通ることにより外気温度域まで冷却される。

これにより、冷媒体は、完全な液媒体として膨張弁２２に導入することが可能になり、前記膨張弁２２で気体の巻き込みが発生することを良好に阻止することができる。従って、ヒートポンプ循環路１８には、冷媒体を安定して循環させることが可能になり、熱交換効率の向上や、良好な空調性能の維持が容易に図られる。

しかも、気液分離式冷媒体貯留部３４は、サブクールタンクとして用いられている。このため、十分な冷媒体量を確保することができ、特に外気温度が上昇した際の暖房運転や除湿暖房運転等の過渡運転時にも、冷媒体の不足による空調性能の低下を抑制することが可能になる等、上記の第１以降の実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、サブコンデンサ３６は、自由に配置されるため、レイアウト性が有効に向上する。その際、サブコンデンサ３６の配置場所は、外気が流通される場所であればよく、前記サブコンデンサ３６を容易且つ良好に設置することができる。

次に、空調システム８０による除湿暖房運転について説明する。

この除湿暖房運転時には、図１１に示すように、三方弁４４ｂが操作されることにより、第２バイパス路４２ｂが閉塞されて、第１エバポレータ２４がヒートポンプ循環路１８に接続される。このため、コンプレッサ１６の作用下に、ヒートポンプ循環路１８に送出される冷媒体は、ヒータ２６を通って放熱された後、気液分離式冷媒体貯留部３４、サブコンデンサ３６及び膨張弁２２を通過して低圧及び低温となる。この冷媒体は、第２エバポレータ３０で吸熱された後、第１エバポレータ２４に送られる。

第１エバポレータ２４では、空調用空気から吸熱することにより、前記空調用空気が一旦冷却された後、ヒータ２６の放熱作用下に昇温され、キャビン１４に送出される。従って、空調用空気は、第１エバポレータ２４で冷却されることにより、外気から取り込まれた空気に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施されることになる。

さらにまた、空調システム８０による冷房運転が、図１２に示されている。

この冷房運転時には、電磁弁３８ａが開放されるとともに、電磁弁３８ｂが閉塞されて、コンデンサ８２がヒートポンプ循環路１８に接続される。一方、三方弁４４ａ、４４ｂの切替作用下に、分岐路２８がヒートポンプ循環路１８から遮断され、且つ第１エバポレータ２４が前記ヒートポンプ循環路１８に接続される。そして、エアミックスダンパ４６は、全閉姿勢に配置される。

このため、コンプレッサ１６の作用下に、圧縮されて高温となった冷媒体は、ヒータ２６を通過してコンデンサ８２で冷却される。この冷媒体は、膨張弁２２でさらに低温及び低圧の冷媒体となった後、第１エバポレータ２４に供給される。従って、第１エバポレータ２４では、低温の冷媒体が通過して空調用空気と熱交換することにより、前記空調用空気が冷却される一方、冷媒体は、吸熱後に膨張弁２２からコンプレッサ１６に戻される。

第１エバポレータ２４により冷却された空調用空気は、エアミックスダンパ４６の閉塞によってヒータ２６で暖められることがなく、キャビン１４に送出されるため、前記キャビン１４の冷房が行われる。この冷房運転時には、気液分離式冷媒体貯留部３４により、冷媒体量の増減に対する緩衝作用を有することができる。

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る車両用空調システム１００の概略構成説明図である。

空調システム１００では、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、コンデンサ８２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段１０２が設けられる。バイパス手段１０２は、コンデンサ８２に並列される第１バイパス路４２ａを備え、前記第１バイパス路４２ａには、電磁弁３８ｂが配置される。

ヒートポンプ循環路１８には、コンデンサ８２の出口側と膨張弁２２の入口側との間に位置して、気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とが配設される。

この第５の実施形態では、空調システム１００の暖房時には、図１３に示すように、電磁弁３８ａが閉塞される一方、電磁弁３８ｂが開放されている。このため、コンプレッサ１６が駆動され、ヒータ２６から排出される冷媒体は、第１バイパス路４２ａを通り、コンデンサ８２を迂回して気液分離式冷媒体貯留部３４に直接送られる。冷媒体は、気液分離式冷媒体貯留部３４からサブコンデンサ３６を通って冷却された後、膨張弁２２に送られる。

従って、気液分離式冷媒体貯留部３４は、サブクールタンクとして機能し、冷媒体に含まれる気体が分離された液状冷媒体は、サブコンデンサ３６を通って完全な液媒体が得られる。これにより、ヒートポンプ循環路１８には、冷媒体を安定して循環させることが可能になり、熱交換効率の向上や、良好な空調性能の維持が容易に図られる等、上記の第１以降の実施形態と同様の効果が得られる。

一方、空調システム１００の冷房運転時には、図１４に示すように、電磁弁３８ａが開放されるとともに、電磁弁３８ｂが閉塞されるとともに、三方弁４４ａ、４４ｂの切替制御が行われている。このため、コンプレッサ１６の作用下に、圧縮されて高温となった冷媒体は、ヒータ２６を通過してコンデンサ８２で冷却される。

この冷媒体は、気液分離式冷媒体貯留部３４、サブコンデンサ３６及び膨張弁２２でさらに低温及び低圧の冷媒体となった後、第１エバポレータ２４に供給される。従って、冷房運転時には、暖房運転時と同様に、気液分離式冷媒体貯留部３４により、冷媒体量の増減に対する緩衝作用を有することができる。

図１５は、本発明の第３の実施形態に係る車両用空調システム１１０の概略構成説明図である。

空調システム１１０では、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、コンデンサ８２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４とを連結するためのバイパス手段１１２が設けられる。バイパス手段１１２は、第１バイパス路４２ａを備え、前記第１バイパス路４２ａには、電磁弁３８ｂ、気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６が配置される。気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６は、第１エバポレータ２４とヒータ２６との間に配設される。

この第６の実施形態では、空調システム１１０の暖房時には、図１５に示すように、電磁弁３８ａが閉塞される一方、電磁弁３８ｂが開放されている。このため、コンプレッサ１６が駆動され、ヒータ２６から排出される冷媒体は、第１バイパス路４２ａを通り、コンデンサ８２を迂回して気液分離式冷媒体貯留部３４に直接送られる。冷媒体は、気液分離式冷媒体貯留部３４からサブコンデンサ３６を通って冷却された後、膨張弁２２に送られる。

一方、空調システム１１０の冷房運転時には、図１６に示すように、電磁弁３８ａが開放され、且つ、電磁弁３８ｂが閉塞されるとともに、三方弁４４ａ、４４ｂの切替制御が行われている。このため、コンプレッサ１６の作用下に、圧縮されて高温となった冷媒体は、ヒータ２６を通過してコンデンサ８２で冷却される。

従って、第６の実施形態では、ヒートポンプ循環路１８には、冷媒体を安定して循環させることが可能になり、熱交換効率の向上や、良好な空調性能の維持が容易に図られる等、上記の第１以降の実施形態と同様の効果が得られる。

図１７は、本発明の第７の実施形態に係る車両用空調システム１２０の概略構成説明図である。

空調システム１２０では、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、コンデンサ８２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段１２２が設けられる。

バイパス手段１２２は、第１バイパス路４２ａに配設され、冷媒体に圧損を付与する圧力損失部として、例えば、絞り弁や流量調整弁等の流量制御弁１２４とを備える。流量制御弁１２４は、アクチュエータ、例えば、モータ１２６を介して開度が調整される。

この第６の実施形態では、図７のサイクル図と同様に、圧力損失部として流量制御弁１２４が用いられるため、暖房時のサブクール領域を増加させることができる。このため、特に外気温が極低温である際には、流量制御弁１２４の作用下に、ヒータ２６でのエンタルピー差を大きくすることが可能になる。

しかも、サブクール量を大きくすることにより、気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６の入口温度を、極低温の外気温度と同等な温度まで下げることができる。従って、過冷却熱交換部での外気放熱を最小に抑制することが可能になる。

さらに、サブクール量が大きくなるため、ヒータ２６を高温／高圧に高めることができ、前記ヒータ２６の暖房性能を有効に向上させることが可能になる。

なお、第７の実施形態は、実質的に第４の実施形態を基本に構成しているが、これに限定されるものではなく、第５の実施形態又は第６の実施形態を基本に構成してもよい。また、以下に説明する第８の実施形態においても、同様である。

図１８は、本発明の第８の実施形態に係る車両用空調システム１３０の概略構成説明図である。

空調システム１３０では、ヒートポンプ循環路１８には、暖房時に、コンデンサ８２をバイパスしてヒータ２６と気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６とを連結するためのバイパス手段１３２が設けられる。バイパス手段１３２は、第１バイパス路４２ａに配設され、冷媒体に圧損を付与する圧力損失部として、キャピラリ１３４を備える。キャピラリ１３４の上流には、電磁弁３８ｂが配置されるとともに、前記キャピラリ１３４の下流には、気液分離式冷媒体貯留部３４及びサブコンデンサ３６が配設される。

この第８の実施形態では、圧力損失部としてキャピラリ１３４が用いられるため、暖房時のサブクール領域を増加させることができる等、上記の第７の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記の各実施形態に対し、第２エバポレータ３０と熱交換される熱媒体は、キャビン１４からの排熱気体の他、モータ類の放熱やバッテリの放熱、内燃機関を備える際には、該内燃機関の放熱、制御部５０からの熱、さらには外気熱等、前記第２エバポレータ３０に流れ込む冷媒体よりも高温な媒体であれば、いずれでも適用可能である。

また、流路切り換え用の三方弁４４ａ、４４ｂは、３方向の分岐と弁機構とが一体に構成されるもの以外に、分岐ブロックと電磁弁との組み合わせで流路切り換え可能に構成されていてもよい。

Claims (6)

1. 圧縮機（１６）を介して冷媒体を循環させるヒートポンプ循環路（１８）に配置され、前記冷媒体と外気とで熱交換を行うコンデンサ（２０）と、
   前記ヒートポンプ循環路（１８）に配置され、前記冷媒体と空調用空気とで熱交換を行うエバポレータ（２４）と、
   前記ヒートポンプ循環路（１８）に配置され、前記圧縮機（１６）から送出される前記冷媒体と前記エバポレータ（２４）を通過した前記空調用空気とで熱交換を行うヒータ（２６）と、
   を備えるヒートポンプ式の車両用空調システムであって、
   気液分離式冷媒体貯留部（３４）と、
   過冷却用熱交換器（３６）と、
   暖房時に、前記コンデンサ（２０）をバイパスして前記ヒータ（２６）の下流に前記気液分離式冷媒体貯留部（３４）及び前記過冷却用熱交換器（３６）を連結するためのバイパス手段（４０、６２）と、
   を備えることを特徴とする車両用空調システム。
2. 請求項１記載の車両用空調システムにおいて、前記ヒートポンプ循環路（１８）から分岐する分岐路（２８）に配置され、車両（１２）の内外から得られて前記冷媒体よりも高い温度である熱媒体と前記冷媒体とで熱交換を行う後方エバポレータ（３０）を備えることを特徴とする車両用空調システム。
3. 請求項２記載の車両用空調システムにおいて、前記後方エバポレータ（３０）で前記冷媒体と熱交換を行う前記熱媒体は、キャビン（１４）からの排熱気体であることを特徴とする車両用空調システム。
4. 請求項１記載の車両用空調システムにおいて、前記コンデンサ（２０）から送られる前記冷媒体を減圧させる膨張弁（２２）を備えることを特徴とする車両用空調システム。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用空調システムにおいて、前記コンデンサ（２０）は、前記ヒータ（２６）の下流に直列に連結され、冷房時に、前記冷媒体が流通されるメインコンデンサ（３２）、前記気液分離式冷媒体貯留部（３４）及び前記過冷却用熱交換器（３６）を備えることを特徴とする車両用空調システム。
6. 請求項１記載の車両用空調システムにおいて、前記バイパス手段（６２）は、前記冷媒体に圧損を付与する圧力損失部（６４）を備えることを特徴とする車両用空調システム。

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