JPWO2012160735A1 - 車両用空調装置 - Google Patents

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Abstract

車両用空調装置（１Ａ）は、内部に第１風路（３Ａ）および第２風路（３Ｂ）を形成する仕切り部材（４）が配設されたダクト（３）と、ヒートポンプ回路（２Ａ）を備えている。ヒートポンプ回路（２Ａ）の主として暖房に寄与する第１室内熱交換器（１２Ａ）は、第１風路（３Ａ）内に位置するまたはこの出口と対向しており、主として冷房に寄与する第２室内熱交換器（１２Ｂ）は、第２風路（３Ｂ）内に位置している。第１風路（３Ａ）および第２風路（３Ｂ）のどちらに流れる空気も内気と外気の比率が調整可能である。ダクト（３）には、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暖房用排気口（３５）、および冷房運転時に第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冷房用排気口（３６）、の少なくとも一方が設けられている。上記により、暖房または冷房によって既に温度が調整された車室内空気を、そのまま外部に排出してエネルギーを無駄にすることなく効率的に活用することができる。

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９Ａに示すような車両用空調装置１００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、内部に内気または外気が選択的に流されるダクト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９Ｂ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９Ｂ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９Ｂ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、一方の端部に内気吸気口および外気吸気口を有し、他方の端部に吹出口を有するダクトと、前記ダクト内に第１風路と第２風路を形成するように配設された仕切り部材と、前記第１風路内に配置された第１送風機と、前記第２風路内に配置された第２送風機と、前記内気吸気口から前記第１風路に流入する内気の量と前記外気吸気口から前記第１風路に流入する外気の量の比率を調整する第１吸気ダンパと、前記内気吸気口から前記第２風路に流入する内気の量と前記外気吸気口から前記第２風路に流入する外気の量の比率を調整する第２吸気ダンパと、前記第１風路内に位置するまたは前記第１風路の出口と対向するように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、前記第２風路内に位置するように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。しかも、第１風路および第２風路のどちらに流れる空気も内気と外気の比率が調整可能であるため、エネルギーを回収する際に内気のみを冷却または加熱して排出することができる。
本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の構成図 図１のII−II線に沿った断面図 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 通常の冷房運転時のダクト内の状態を示す図 図６Ａは通常の暖房運転時のダクト内の状態を示す図、図６Ｂは除湿暖房運転時のダクト内の状態を示す図 エネルギー回収暖房運転時のダクト内の状態を示す図 図８Ａおよび８Ｂは代替案の切換手段の構成図 図９Ａは従来の車両用空調装置の構成図、図９Ｂ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および図２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、車室内に外気を導入したり内気を循環したりするためのダクト３と、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２Ａと、制御装置６（図１では図面の簡略化のために信号線の一部のみを作図）とを備えている。なお、図１はダクト３の形状を模式的に表すものであり、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。
ダクト３は、一方の端部に、ダクト３内に外気を取り込むための外気吸気口３２とダクト３内に内気を取り込むための内気吸気口３１とを有しており、他方の端部に、温度調整された空気を車室内に吹き出すための吹出口３４を有している。なお、内気吸気口３１の開口方向は、図１および図２に示すように外気吸気口３２の開口方向と垂直であってもよいし、他の実施形態ではあるが図４に示すように外気吸気口３２の開口方向と平行であってもよい。また、吹出口３４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。
ダクト３内には、第１風路３Ａと第２風路３Ｂを形成するように仕切り部材４が配設されている。本実施形態では、仕切り部材４がダクト３の内部空間を両端部を除いた略全域で仕切っており、第１風路３Ａおよび第２風路３Ｂがダクト３の略全長に亘って形成されている。また、ダクト３内には、内気吸気口３１を分断する内気分断壁４５と外気吸気口３２を分断する外気分断壁４６とが仕切り部材４と連続するように配設されている。すなわち、内気吸気口３１および外気吸気口３２は第１風路３Ａと第２風路３Ｂの双方に直接連通しており、内気吸気口３１からは内気が第１風路３Ａと第２風路３Ｂのどちらにも流入可能になっているとともに、外気吸気口３３からは外気が第１風路３Ａと第２風路３Ｂのどちらにも流入可能になっている。
第１風路３Ａ内には、本発明の第１送風機として第１ブロワ４１が配置されており、第２風路３Ｂ内には、本発明の第２送風機として第２ブロワ４２が配置されている。第１ブロワ４１および第２ブロワ４２は、それぞれ第１風路３Ａ内および第２風路３Ｂ内にダクト３の一方の端部から他方の端部に向かう空気の流れを生じさせる。本実施形態では、第１ブロワ４１および第２ブロワ４２は、図１に示すように別々の電動機で駆動される。なお、本発明の第１送風機および第２送風機は、ブロワに限定されるものではなく、ファンであってもよい。
さらに、ダクト３内には、内気吸気口３１と外気吸気口３２の間に揺動軸を有する第１吸気ダンパ５１および第２吸気ダンパ５２がそれぞれ第１風路３Ａおよび第２風路３Ｂに対応して配設されている。第１吸気ダンパ５１は、第１風路３Ａ側の内気吸気口３１を閉じる内気遮断位置と外気吸気口３２を閉じる外気遮断位置との間で揺動し、第２吸気ダンパ５２は、第２風路３Ｂ側の内気吸気口３１を閉じる内気遮断位置と外気吸気口３２を閉じる外気遮断位置との間で揺動する。すなわち、第１吸気ダンパ５１は、内気吸気口３１から第１風路３Ａに流入する内気の量と外気吸気口３２から第１風路３Ａに流入する外気の量の比率を調整し、第２吸気ダンパ５２は、内気吸気口３１から第２風路３Ｂに流入する内気の量と外気吸気口３２から第２風路３Ｂに流入する外気の量の比率を調整する。
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。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。
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。また、例えば電気自動車では、電動モータが車両走行用のモータであってもよい。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。本実施形態では、第１室内熱交換器１２Ａが第１風路３Ａ内に位置するように配置されている。そして、第１室内熱交換器１２Ａは、第１ブロワ４１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内に配置されている。本実施形態では、第２室内熱交換器１２Ｂが第２風路３Ｂ内に位置するように配置されている。そして、第２室内熱交換器１２Ｂは、第２ブロワ４２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。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。なお、本実施形態ではダクト３内での第１室内熱交換器１２Ａと第２室内熱交換器１２Ｂの位置関係は特に問わないが、図例では第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、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。
さらに、車両用空調装置１Ａには、外部に排出される内気からエネルギーを回収するための構成が採用されている。具体的に、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３５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３６が設けられている。暖房用排気口３５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３６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。
さらに、ダクト３には、暖房用排気口３５を開閉する暖房用排出ダンパ５３と、冷房用排気口３６を開閉する冷房用排出ダンパ５４とが取り付けられている。
暖房用排出ダンパ５３は、暖房用排気口３５の風下側に揺動軸を有しており、暖房用排気口３５を閉じる閉じ位置からダクト３の内側に揺動して暖房用排気口３５を開く。すなわち、暖房用排出ダンパ５３は、暖房用排気口３５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３５に導く。なお、暖房用排気口３５を開くときは、暖房用排出ダンパ５３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。
冷房用排出ダンパ５４は、冷房用排気口３６の風下側に揺動軸を有しており、冷房用排気口３６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３６を開く。すなわち、冷房用排出ダンパ５４は、冷房用排気口３６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３６に導く。なお、冷房用排気口３６を開くときは、冷房用排出ダンパ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。
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５１〜５４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。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、制御装置６は、第１吸気ダンパ５１を外気吸気口３２の第１風路３Ａ側を閉じる外気遮断位置にセットし、第２吸気ダンパ５２を第２風路３Ｂ側の内気吸気口３１と外気吸気口３２の双方を開く中間位置にセットする。このとき、第２吸気ダンパ５２は、外気吸気口３２の第２風路３Ｂ側からダクト３内に車室内の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る。さらに、制御装置６は、暖房用排出ダンパ５３を暖房用排気口３５を閉じる閉じ位置にセットし、冷房用排出ダンパ５４を冷房用排気口３６を開く開き位置にセットする。このため、第２風路３Ｂでは、内気吸気口３１から流入した内気と外気吸気口３２から流入した外気とが混合した混合気が、第２室内熱交換器１２Ｂで冷却された後に吹出口３４から車室内に吹き出される。一方、第１風路３Ａでは、内気吸気口３１から流入した内気が、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３６を通じて車室外に排出される。
ところで、冷房用排気口３６を通じて車室外に排出される空気の流量は、外気吸気口３２の第２風路３Ｂ側を通じてダクト３内に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、例えば、第１ブロワ４１の回転数を第２ブロワ４２の回転数よりも小さくすればよい。
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、第１ブロワ４１が停止され、第２吸気ダンパ５２が外気遮断位置にセットされ、冷房用排出ダンパ５４が閉じ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。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、制御装置６は、第２吸気ダンパ５２を外気吸気口３２の第２風路３Ｂ側を閉じる外気遮断位置にセットし、第１吸気ダンパ５１を第１風路３Ａ側の内気吸気口３２と外気吸気口３２の双方を開く中間位置にセットする。このとき、第１吸気ダンパ５１は、外気吸気口３２の第１風路３Ａ側からダクト３内に車室内の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る。さらに、制御装置６は、冷房用排出ダンパ５４を冷房用排気口３６を閉じる閉じ位置にセットし、暖房用排出ダンパ５３を暖房用排気口３５を開く開き位置にセットする。このため、第１風路３Ａでは、内気吸気口３１から流入した内気と外気吸気口３２から流入した外気とが混合した混合気が、第１室内熱交換器１２Ａで加熱された後に吹出口３４から車室内に吹き出される。一方、第２風路３Ｂでは、内気吸気口３１から流入した内気が、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３５を通じて車室外に排出される。
ところで、暖房用排気口３５を通じて車室外に排出される空気の流量は、外気吸気口３２の第１風路３Ａ側を通じてダクト３内に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、例えば、第２ブロワ４２の回転数を第１ブロワ４１の回転数よりも小さくすればよい。
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、第２ブロワ４２が停止され、第１吸気ダンパ５１が外気遮断位置にセットされ、暖房用排出ダンパ５３が閉じ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。しかも、第１風路３Ａおよび第２風路３Ｂのどちらに流れる空気も内気と外気の比率が調整可能であるため、エネルギーを回収する際に内気のみを冷却または加熱して排出することができる。
なお、上述した冷房運転時に第１吸気ダンパ５１を内気遮断位置にセットすれば、第１室内熱交換器１２Ａ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とともに、上述した暖房運転時に第２吸気ダンパ５２を内気遮断位置にセットすれば、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、どちらのケースも室外熱交換器を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。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。この場合、外気の風量は外部に排出されるので、内気と熱交換する場合の様な風量の制限は無い。
また、上述した冷房運転時および暖房運転時ともに起動時には、内気の温度は外気の温度と略等しいので、第１吸気ダンパ５１および第２吸気ダンパ５２を内気遮断位置にセットすることが好ましい。このようにすれば、上述したのと同様に、冷房運転の起動時には第１室内熱交換器１２Ａをもう１台の室外熱交換器として働かせることができ、暖房運転の起動時には第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。これにより、立ち上げに必要な時間を短縮することができる。
＜変形例＞
なお、全てのダンパ５１〜５４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。
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３５および冷房用排気口３６を開閉することも可能である。
さらに、第１風路３Ａおよび第２風路３Ｂは必ずしもダクト３の略全長に亘って形成されている必要はないし、第１室内熱交換器１２Ａは必ずしも第１風路３Ａ内に位置している必要はない。例えば、図３に示すように、仕切り部材４が第１室内熱交換器１２Ａとこれよりも風上側に位置する第２室内熱交換器１２Ｂの間で途切れていて、第１室内熱交換器１２Ａが第１風路３Ａの出口と第２風路３Ｂの出口の双方に対向するように配置されていてもよい。すなわち、第１室内熱交換器１２Ａはダクト３の断面積と同程度の大きさを有していてもよい。あるいは、第１室内熱交換器１２は、第１風路３Ａ内に配置されるときと同程度の大きさを有しており、第１風路３Ａの出口のみに対向するように片寄って配置されていてもよい。
（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ことがある。
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。
本実施形態では、第１室内熱交換器１２Ａは、冷房運転時は蒸発器として機能し、暖房運転時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。
さらに、本実施形態では、ダクト３内に第１風路３Ａと第２風路３Ｂを形成するように配設された仕切り部材４が３つの仕切り壁４Ａ〜４Ｃで構成されている。また、本実施形態では、外気吸気口３２を分断する外気分断壁４６（図１および図２参照）が設けられておらず、内気吸気口３１を分断する内気分断壁４５のみが設けられている。さらに、内気分断壁４５は、仕切り部材４から離れた位置で内気吸気口３１を第１風路３Ａ側と第２風路３Ｂ側とに分断しており、外気吸気口３２は、内気吸気口３１に対して第１風路３Ａ側に配置されている。すなわち、外気吸気口３２からは、第１風路３Ａには外気が直接的に流入可能である一方、第２風路３Ｂには内気分断壁４５と仕切り部材４の間の隙間を通じて外気が流入可能になっている。なお、外気吸気口３２は内気吸気口３１に対して第２風路３Ｂ側に配置されていてもよいし、内気吸気口３１と外気吸気口３２とを入れ替える（すなわち、外気吸気口３２のみを分断する）ことも可能である。
最も風上側に位置する第１仕切り壁４Ａは、第１ブロワ４１が配置される空間と第２ブロワ４２が配置される空間を区画している。なお、第１ブロワ４１と第２ブロワ４２とは一軸に連結されており、同一の電動機によって駆動される。中間に位置する第２仕切り壁４Ｂは、第２室内熱交換器１２Ｂが配置される空間と第２室内熱交換器１２Ｂを迂回するルートを形成する空間とを区画する。最も風下側に位置する第３仕切り壁４Ｃは、第１室内熱交換器１２Ａが配置される空間と第１室内熱交換器１２Ａを迂回するルートを形成する空間とを区画する。
第１吸気ダンパ５１は、内気吸気口３１と外気吸気口３２の間に揺動軸を有し、内気吸気口３１の第１風路３Ａ側を閉じる内気遮断位置と外気吸気口３２を閉じる外気遮断位置との間で揺動する。第２吸気ダンパ５２は、内気分断壁４５と対応する位置に揺動軸を有し、内気吸気口３１の第２風路３Ｂ側を閉じる遮断位置と、揺動軸と第１仕切り壁４Ａの風上側の端部とを結ぶ線上に位置する壁構成位置との間で揺動する。本実施形態でも、第１吸気ダンパ５１によって外気吸気口３２が少しでも開かれた状態で第２吸気ダンパ５２が揺動すれば、内気吸気口３１から第２風路３Ｂに流入する内気の量と外気吸気口３２から第２風路３Ｂに流入する外気の量の比率が変更される。
第１仕切り壁４Ａと第２仕切り壁４Ｂの間には、第１風路３Ａを遮断する第１遮断位置と第２風路３Ｂを遮断する第２遮断位置との間で揺動可能な第１調整ダンパ５６が配設されている。なお、以下では、説明の便宜のために、第１調整ダンパ５６については、第１仕切り壁４Ａと第２仕切り壁４Ｂの端部同士を結ぶ線上に位置する位置を壁構成位置、壁構成位置から第１遮断位置側に寄った位置をバイパス側遮断位置、壁構成位置から第２遮断位置に寄った位置を熱交換器側抑制位置という。第２仕切り壁４Ｂと第３仕切り壁４Ｃの間には、それらの端部同士を結ぶ線上に位置する壁構成位置と第２風路３Ｂを遮断する遮断位置との間で揺動可能な第２調整ダンパ５７が配設されている。
本実施形態では、第１室内熱交換器１２Ａの風下側には冷房用排気口３６が設けられておらず、第２室内熱交換器１２Ｂの風下側に暖房用排気口３５のみが設けられている。ただし、暖房用排出ダンパ５３は、暖房用排気口３５を閉じる閉じ位置と、当該暖房用排出ダンパ５３の先端が第２仕切り壁４Ｂに近接または当接して第２流路３Ｂを遮断する遮断位置との間で揺動可能となっている。
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１Ｂの動作を説明する。ただし、以下では、冷房運転として通常の冷房運転を、暖房運転として通常の暖房運転、除湿暖房運転およびエネルギー回収暖房運転を代表的に説明する。なお、通常の暖房運転時およびエネルギー回収暖房運転時に車室内が換気される。
＜冷房運転＞
通常の冷房運転時、制御装置６は、まずヒートポンプ回路２Ｂに破線矢印で示す第１方向に冷媒が流れるように四方弁１７を制御する。また、制御装置６は、図５に示すように、第１調整ダンパ５６を第１流路３Ａを遮断する第１遮断位置にセットし、第２調整ダンパ５７を第２風路３Ｂを遮断する遮断位置にセットする。このため、圧縮機１１から吐出された冷媒は、室外熱交換器１４で放熱し、膨張弁１３で減圧した後に、第１室内熱交換器１２Ａおよび第２室内熱交換器１２Ｂで吸熱する。
また、制御装置６は、第１吸気ダンパ５１を外気吸気口３２を閉じる外気遮断位置にセットし、第２吸気ダンパ５２を内気吸気口３１の第２風路３Ｂ側を閉じる遮断位置にセットする。さらに、制御装置６は、暖房用排出ダンパ５３を暖房用排気口３５を閉じる閉じ位置にセットする。このため、内気吸気口３１の第１風路３Ａ側からダクト３内に取り込まれた内気は、第２室内熱交換器１２Ｂで冷却された後にさらに第１室内熱交換器１２Ａで冷却され、吹出口３４から車室内に吹き出される。
＜暖房運転＞
通常の暖房運転時、制御装置６は、まずヒートポンプ回路２Ｂに実線矢印で示す第２方向に冷媒が流れるように四方弁１７を制御する。また、制御装置６は、図６Ａに示すように、第１調整ダンパ５６を第２流路３Ｂを遮断する第２遮断位置にセットし、第２調整ダンパ５７を壁構成位置にセットする。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、膨張弁１３で減圧した後に、室外熱交換器１４で吸熱し、第２室内熱交換器１２Ｂをそのまま通過する。
また、制御装置６は、第１吸気ダンパ５１を内気吸気口３１の第１風路３Ａ側を閉じる内気遮断位置にセットし、第２吸気ダンパ５２を内気吸気口３１の第２風路３Ｂ側を閉じる遮断位置にセットする。さらに、制御装置６は、暖房用排出ダンパ５３を暖房用排気口３５を閉じる閉じ位置にセットする。このため、外気吸気口３２からダクト３内に取り込まれた外気は、第１室内熱交換器１２Ａで加熱された後に、吹出口３４から車室内に吹き出される。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室を構成する部材間の隙間などから外部に排出される。
除湿暖房運転時には、図６Ｂに示すように、第１調整ダンパ５６が第１風路３Ａを遮断する第１遮断位置にセットされ、第２調整ダンパ５７が第２風路３Ｂを遮断する遮断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、膨張弁１３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、第１吸気ダンパ５１は外気吸気口３２を閉じる外気遮断位置にセットされる。このため、内気吸気口３１の第１風路３Ａ側からダクト３内に取り込まれた内気は、第２室内熱交換器１２Ｂで冷却されることにより除湿された後に第１室内熱交換器１２Ａで加熱され、吹出口３４から車室内に吹き出される。
エネルギー回収暖房運転時には、図７に示すように、第１調整ダンパ５６が熱交換器側抑制位置と壁構成位置の中間にセットされ、第２調整ダンパ５７が壁構成位置にセットされる。また、第１吸気ダンパ５１が内気吸気口３１の第１風路３Ａ側を閉じる内気遮断位置にセットされ、第２吸気ダンパ５２が壁構成位置にセットされる。さらに、暖房用排出ダンパ５３は、第２風路３Ｂを遮断する遮断位置にセットされる。このため、内気吸気口３１から第２風路３Ｂに流入した内気は、第１調整ダンパ５６により第２風路３Ｂをそのまま流れる分と第１風路３Ａに流れ込む分とに分配される。第１風路３Ａに流れ込んだ内気は外気吸気口３２から第１風路３Ａに流入した外気と混ざり合って混合気となり、この混合気が第１室内熱交換器１２Ａで加熱された後に吹出口３４から車室内に吹き出される。一方、第２風路３Ｂをそのまま流れる内気は、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３５を通じて車室外に排出される。
このようなエネルギー回収暖房運転でも、第１実施形態と同様に、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。従って、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。
なお、図示は省略するが、エネルギー回収暖房運転では、第１調整ダンパ５６が壁構成位置にセットされるとともに第２調整ダンパ５７が遮断位置にセットされた上で、暖房用排出ダンパ５３が遮断位置よりも閉じ位置側に寄った位置にセットされてもよい。このようにすれば、エネルギー回収暖房運転を行いながらも内気を除湿することができる。
また、図７に示す状態から第２吸気ダンパ５２を遮断位置にセットすれば、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。すなわち、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１Ｂの効率を向上させることができる。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室を構成する部材間の隙間などから外部に排出される。
＜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８Ａ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８Ｂに示すようないわゆるブリッジ回路１７Ｂであってもよい。
ところで、前記実施形態のダクト３に暖房用排気口３５だけでなく第１実施形態で説明した冷房用排気口３６も設ける場合は、ヒートポンプ回路２Ｂにおける第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を設ければよい。この補助減圧機構は、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。このような構成であれば、第１実施形態と同様に、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。
（その他の実施形態）
前記第１実施形態および第２実施形態の変形例では暖房用排気口３５および冷房用排気口３６の双方がダクト３に設けられる形態を示したが、ダクト３には、暖房用排気口３５および冷房用排気口３６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３５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、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、第１実施形態の変形例および第２実施形態のような構成を採用することにより、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、
    一方の端部に内気吸気口および外気吸気口を有し、他方の端部に吹出口を有するダクトと、
    前記ダクト内に第１風路と第２風路を形成するように配設された仕切り部材と、
    前記第１風路内に配置された第１送風機と、
    前記第２風路内に配置された第２送風機と、
    前記内気吸気口から前記第１風路に流入する内気の量と前記外気吸気口から前記第１風路に流入する外気の量の比率を調整する第１吸気ダンパと、
    前記内気吸気口から前記第２風路に流入する内気の量と前記外気吸気口から前記第２風路に流入する外気の量の比率を調整する第２吸気ダンパと、
    前記第１風路内に位置するまたは前記第１風路の出口と対向するように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、前記第２風路内に位置するように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。
  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ている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
  6. 前記室外熱交換器は、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、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６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６に記載の車両用空調装置。
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