WO2014087645A1

WO2014087645A1 - 車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置

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Publication number: WO2014087645A1
Application number: PCT/JP2013/007100
Authority: WO
Inventors: 圭俊野田
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US20150314669A1; US9796246B2; EP2930039A1; EP2930039A4

Abstract

　冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置と比較して、冷媒の配管パターンの変更点が少なく、且つ、ヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を可能とする車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を提供する。この車両用ヒートポンプ装置は、筐体の外部にある圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を導入して用いる車両用ヒートポンプ装置である。圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を筐体の外部から導入する第１の冷媒導入部と、第１の冷媒導入部から導入した高温高圧冷媒から冷却液へ放熱可能な水冷媒熱交換器と、水冷媒熱交換器を収容する筐体と、を具備する。さらに、筐体の外部から水冷媒熱交換器へ冷却液を導入可能な冷却液導入部と、水冷媒熱交換器から筐体の外部へ冷却液を導出可能な冷却液導出部と、水冷媒熱交換器を通過した冷媒を筐体の外部へ導出する第１の冷媒導出部と、を具備した構成を採る。

Description

車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置

　本発明は、車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置に関する。

　内燃機関と電気モータとの両方を備えた、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ―ｉｎ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれる自動車がある。このような自動車に搭載される車両用空調装置では、内燃機関の熱、ならびに、蓄電池の電力によって発生したジュール熱を用いて、車室内の暖房を行うのが一般的である。

　また、ヒートポンプサイクルを用いて冷房運転を行う車両用空調装置も一般的である。ヒートポンプサイクルは、エンジンルームに配置されるコンプレッサと、車両前面に又は風が導入可能な位置に配置される室外熱交換器と、車室の吸気通路に配置されるエバポレータと、膨張弁等から構成される。コンプレッサにより圧縮された高温高圧の冷媒は室外熱交換器へ送られて冷却され、冷却された冷媒は、膨張弁によりさらに低温低圧にされてエバポレータへ送られる。そして、エバポレータにより車室内へ供給される空気が冷却される。エバポレータは、車室内に設置された空調装置（Ｈｅａｔｉｎｇ,　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ,　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ、以下、ＨＶＡＣ）に備えられる。

　従来、蓄電池の電力が無駄に消費されないよう、ヒートポンプを利用して車室内の暖房を行う車両用空調装置について、幾つも提案がなされている（例えば特許文献１を参照）。

特開平８－１９７９３７号公報

　冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置では、冷媒の配管パターンは上述のように比較的単純になる。

　しかしながら、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転も行うようにした従来の車両用空調装置は、圧縮機、および、水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納している（特許文献１の図２１～図２４を参照）。ここで、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置を、ヒートポンプサイクルを利用した暖房運転も行えるように変更する場合を検討する。この場合、圧縮機、および、水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納したものを用いると、圧縮機周辺の冷媒の配管パターンが大きく変わってしまうという課題があった。

　自動車においては、エンジン、モータ、トランスミッション、空調用コンプレッサ、吸気通路など、様々な構成が狭いスペースに搭載される。従って、各構成のレイアウト自由度は小さい。

　また、自動車の分野では、大きな構成は変更せず、部分的に構成を改変していく所謂マイナーチェンジによって、技術的改良が図られる。

　車両用空調装置においても、車両のマイナーチェンジとして改良が図られる場合があり、この場合、車両用空調装置の構成の改変は、車両の他の構成に影響を与えない改変であることが求められる。

　ヒートポンプサイクルを用いた車両用空調装置は、車両の他の構成を避けて冷媒配管が施設される。このため、車両の他の構成に影響を与えずに車両用空調装置を改変するには、冷媒の配管パターンを大きく変更しないことが要件となる。冷媒配管は、冷却液の配管と異なり、高圧に耐える為に、例えば、アルミ製の配管が用いられる。そのため、冷媒配管のレイアウト変更は容易ではない。また、冷媒配管の大きな変更は、車両の他の構成のレイアウトに大きく影響してしまうために好ましくない。

　本発明の目的は、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置と比較して、冷媒の配管パターンの変更点が少なく、且つ、ヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を可能とする車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を提供することである。

　本発明の一態様に係る車両用ヒートポンプ装置は、筐体の外部にある圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を導入して用いる車両用ヒートポンプ装置であって、前記圧縮機が吐出した前記高温高圧冷媒を前記筐体の外部から導入する第１の冷媒導入部と、前記第１の冷媒導入部から導入した前記高温高圧冷媒から冷却液へ放熱可能な水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器を収容する前記筐体と、前記筐体の外部から前記水冷媒熱交換器へ前記冷却液を導入可能な冷却液導入部と、前記水冷媒熱交換器から前記筐体の外部へ前記冷却液を導出可能な冷却液導出部と、前記水冷媒熱交換器を通過した冷媒を前記筐体の外部へ導出する第１の冷媒導出部と、を具備した構成を採る。

　本発明によれば、車両用ヒートポンプ装置を、室外熱交換器、圧縮機、およびエバポレータに配管接続することで、冷房運転だけでなく、容易にヒートポンプサイクルを利用した暖房運転を行うことができる。さらに、冷房運転時にヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置と比較して、冷媒の配管パターンの変更点が少なくなる。

本発明の実施形態１の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を示す構成図実施形態１の車両用空調装置における冷房運転時の動作を説明する図実施形態１の車両用空調装置における暖房運転時の動作を説明する図従前の車両用空調装置からの冷媒配管の変更点を説明する図本発明の実施形態１の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図本発明の実施形態１の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図本発明の実施形態２の車両用空調装置を示す構成図膨張弁のセット値の一例を示すグラフ暖房時および冷房時における膨張弁の状態を説明する図実施形態２の車両用空調装置における冷房運転の状態を示す説明図実施形態２の車両用空調装置における外気温度が非常に低いときの暖房運転の状態を示す説明図

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

　（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を示す構成図である。

　本発明の実施形態１の車両用空調装置は、車両用ヒートポンプ装置１０と、エンジン冷却器４０（内燃機関冷却器に相当）と、ヒータコア４４と、エバポレータ４８と、圧縮機１２と、膨張弁５２と、室外熱交換器５６と、開閉弁６０と、これらの間を結ぶ冷却液の配管、冷媒配管、および接続部等から構成される。ヒータコア４４（暖房用熱交換器に相当）、および、エバポレータ４８は車室内に搭載されるＨＶＡＣ７０に含まれる。ここでは、ファイアーウォールより室内側を車室内と呼んでいる。

　車両用ヒートポンプ装置１０は、水冷媒熱交換器１４と、アキュムレータ１６と、三方弁１８と、逆止弁２０と、オリフィス付開閉弁２２と、開閉弁２４と、筐体２６と、冷却液導入管３１と、冷却液導出管３２と、２つの冷媒導出管３３、３５と、２つの冷媒導入管３４，３６と、制御部とを備えている。

　圧縮機１２は、吸入した冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。圧縮機１２は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構を内部に備える。この圧縮機構は、例えば、電動モータにより駆動される。圧縮機１２の冷媒の吸入口は、配管および接続部１９を介してエバポレータ４８の冷媒通路の出口と連通している。さらに、圧縮機１２の冷媒の吸入口は、配管および接続部１９を介して冷媒導出管３５とも連通している。接続部１９は、エバポレータ４８の冷媒通路の出口と、冷媒導出管３５と、圧縮機１２の冷媒の吸入口とを単に連通するものである。また、圧縮機１２の冷媒の吐出口は、冷媒導入管３６を介して水冷媒熱交換器１４の冷媒通路の入口に連通している。

　水冷媒熱交換器１４は、冷却液の通路と冷媒通路とを有し、これらの通路が大きな面積で熱交換可能に接触して構成される。冷媒通路の入口は圧縮機１２の吐出口に連通し、冷媒通路の出口はオリフィス付開閉弁２２が付設された冷媒導出管３３に連通している。冷却液の通路の入口は配管を介して三方弁１８に接続され、冷却液の出口は配管を介して逆止弁２０に接続されている。

　水冷媒熱交換器１４には、圧縮機１２の駆動中、高温高圧の冷媒が流れる一方、冷却液は三方弁１８の切り替えによって流れ有りの状態と停止の状態とに切り替えられる。冷却液が流れれば、高温高圧冷媒から冷却液へ放熱が行われ、冷却液が停止すれば、高温高圧冷媒はほぼそのままの温度で水冷媒熱交換器１４を通過する。

　三方弁１８は、電気的な制御により、冷却液導入管３１から導入された冷却液を、水冷媒熱交換器１４側および冷却液導出管３２側の何れか一方に切り替えて流す。

　逆止弁２０は、水冷媒熱交換器１４への冷却液の逆流を防止する。

　この実施の形態においては、三方弁１８および逆止弁２０が、冷却液を水冷媒熱交換器１４へバイパスさせるか否かを切り替える冷却液切替弁に相当する。

　オリフィス付開閉弁２２は膨張弁機能付き開閉弁に相当する。オリフィス付開閉弁２２は、暖房運転時に膨張弁としての機能を有する開閉弁であり、制御部による電気的な制御によって状態が切り替えられる。オリフィス付開閉弁２２は、例えば、大径の通路と、小径の通路を有するオリフィスとを有し、大径の通路が開閉可能に構成されている。オリフィス付開閉弁２２は、大径の通路が開いたときに、冷媒をそのまま通過させ、大径の通路が閉じてオリフィスの通路だけ通じているときに、高圧の冷媒を小径の通路に通して膨張させる。膨張した冷媒は、低温低圧の冷媒となる。

　変形例として、オリフィス付開閉弁２２に替えて、開閉弁とこの開閉弁をバイパスした経路を設け、このバイパスした経路にオリフィスを設置する事で、オリフィス付開閉弁２２と同様の機能を持たせることも可能である。また、変形例として、電子膨張弁を設定し、全開時に冷媒をそのまま通過させ、この電子膨張弁の開度を調整して膨張弁の役目を果たしても良い。いずれの変形例も、膨張弁機能付き開閉弁に相当するものである。

　冷媒導入管３４は、開閉弁２４を介してアキュムレータ１６の入力口に連通している。アキュムレータ１６の出力口は冷媒導出管３５に連通している。開閉弁２４は、制御部による電気的な制御によって、冷媒導入管３４とアキュムレータ１６の入力口との間の通路を開閉する。

　アキュムレータ１６は、気相および液相の冷媒を分離して気相の冷媒のみを冷媒導出管３５を介して圧縮機１２へ送る。

　上記の三方弁１８、オリフィス付開閉弁２２、開閉弁２４は、例えば、車両用空調装置の制御装置から電気信号が送られて、状態が切り替えられる。或いは、三方弁１８、オリフィス付開閉弁２２、開閉弁２４は、車両用空調装置の制御装置の指令を受けて、車両用ヒートポンプ装置１０の制御部が信号を出力して、状態が切り替わる構成としてもよい。

　筐体２６は、水冷媒熱交換器１４、アキュムレータ１６、三方弁１８、逆止弁２０、オリフィス付開閉弁２２、および、開閉弁２４を収容し、これらの構成を一体的にパッケージングする。筐体２６の周囲は断熱されていてもよい。

　冷媒導出管３３、および、冷媒導出管３５は、車両用ヒートポンプ装置１０の第１の冷媒導出部、第２の冷媒導出部にそれぞれ相当する。また、冷媒導入管３６、および、冷媒導入管３４は、車両用ヒートポンプ装置１０の第１の冷媒導入部、および、第２の冷媒導入部にそれぞれ相当する。冷媒導出管３３、３５および冷媒導入管３４，３６は、筐体２６の外部に一端が露出し、車両用空調装置の冷媒配管と連結される。冷媒導出管３３、３５および冷媒導入管３４，３６の一端には、配管連結用のコネクタまたはソケットが設けられていてもよい。

　エンジン冷却器４０およびヒータコア４４は、冷却液導出管３２および冷却液導入管３１の間に直列に接続されている。また、室外熱交換器５６およびエバポレータ４８は、この順で冷媒導出管３３と圧縮機１２の吸入口との間に直列に接続されている。

　また、エバポレータ４８と圧縮機１２の吸入口とを接続する冷媒通路は、冷媒導出管３５とも接続されている。さらに、室外熱交換器５６およびエバポレータ４８との間の冷媒通路は分岐して冷媒導入管３４と接続されている。以下、詳細に説明する。

　冷却液導入管３１と冷却液導出管３２とは、車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液の導入部および導出部にそれぞれ相当する。冷却液導入管３１および冷却液導出管３２は、筐体２６の外部に一端が露出し、車両用空調装置の冷却液の配管と連結される。冷却液導入管３１および冷却液導出管３２の一端には、配管連結用のコネクタまたはソケットが設けられていてもよい。

　エンジン冷却器４０は、内燃機関の周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へ内燃機関から熱を放出させる。ウォータジャケットの冷却液の通路の入口および出口は、ヒータコア４４と車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液導入管３１とにそれぞれ連通する。

　ヒータコア４４は、冷却液と空気との熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣ７０の吸気通路Ｂ内に配置される。ヒータコア４４の冷却液の通路は、エンジン冷却器４０と、車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液導出管３２に連通する。ＨＶＡＣ７０の吸気通路Ｂには、ファンＦ２によって外気等が導入される。

　エバポレータ４８は、低温低圧に膨張された冷媒と、空気との熱交換を行う機器であり、ＨＶＡＣ７０の吸気通路Ｂ内に配置される。低温低圧に膨張された冷媒は、エバポレータ４８を通過する際に、空気から熱を吸収して気化する。エバポレータ４８の冷媒通路の入口は、膨張弁５２と開閉弁６０とを間に挟んで、配管を介して室外熱交換器５６に連通している。エバポレータ４８の冷媒通路の出口は、配管および接続部１９を介して圧縮機１２の吸入口に連通している。

　膨張弁５２は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、エバポレータ４８に吐出する。膨張弁５２は、車両用ヒートポンプ装置１０の外部で、エバポレータ４８に近接する位置に連結されている。

　室外熱交換器５６は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えばエンジンルーム内の車両の先頭付近に配置されて、各通路を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器５６の冷媒通路の入口は、配管を介して車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導出管３３に連通する。また、冷媒通路の出口は、途中で２本の配管に分岐して、エバポレータ４８および車両用ヒートポンプ装置１０の一つの冷媒導入管３４にそれぞれ連通する。

　室外熱交換器５６には、暖房運転時には低温低圧の冷媒が流れて外気から熱を吸収し、冷房運転時には高温高圧の冷媒が流れて外気へ熱を放出する。室外熱交換器５６には、例えば、ファンＦ１により外気が吹き付けられる。

　開閉弁６０は、室外熱交換器５６からエバポレータ４８へ冷媒を流す配管の途中に設けられ、電気的な制御によって、この通路の開閉を行う。

　［冷房運転動作］
　図２は、実施形態１の車両用空調装置における冷房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。

　冷房運転時には、開閉弁２４が閉、開閉弁６０が開、オリフィス付開閉弁２２が開、三方弁１８の水冷媒熱交換器１４側が閉に切り替えられる。

　この切替により、冷却液は、エンジン冷却器４０とヒータコア４４とを循環する一方、冷却液は水冷媒熱交換器１４に流れない。ＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｂにおいては、ヒータコア４４に風が流れないようにエアミックスダンパが切り替えられることで、車室内へ供給される送風への加熱は行われない。

　冷媒は、圧縮機１２により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器１４を高温のまま通過して室外熱交換器５６へ送られる。その後、冷媒は、室外熱交換器５６で冷却された後、膨張弁５２を通過して低温低圧に膨張し、続いてエバポレータ４８へ送られる。エバポレータ４８では、車室内へ送られる空気から冷媒へ吸熱が行われて、空気の冷却と冷媒の気化とが行われる。気化した冷媒は圧縮機１２へと戻される。

　このようなヒートポンプサイクルによって、車室内へ冷たい空気を送ることができる。

　［暖房運転動作］
　図３は、実施形態１の車両用空調装置における暖房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。

　暖房運転時には、開閉弁２４が開、開閉弁６０が閉、オリフィス付開閉弁２２が閉、三方弁１８の冷却液導出管３２側が閉に切り替えられる。

　この切替により、冷却液は、エンジン冷却器４０と、水冷媒熱交換器１４と、ヒータコア４４とを循環する。この間、冷却液は、エンジン冷却器４０と、水冷媒熱交換器１４とで加熱され、ヒータコア４４でＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｂを流れる空気へと放熱を行う。

　さらに、車両用ヒートポンプ装置１０では、圧縮機１２で発生した熱が水冷媒熱交換器１４で冷却水へ伝えられる。

　吸気通路Ｂにおいては、ヒータコア４４に風が流れるようにエアミックスダンパ等が切り替えられて、車室内へ送られる空気が温められる。

　冷媒は、圧縮機１２により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器１４を通過して冷却液へ放熱を行う。放熱後の高圧の冷媒は、オリフィス付開閉弁２２を通過して低温低圧に膨張し、室外熱交換器５６へ送られる。室外熱交換器５６では、外気から冷媒へ吸熱が行われて、冷媒が気化する。気化した冷媒は、アキュムレータ１６を介して圧縮機１２へ戻される。エバポレータ４８には、冷媒が流れず、そこでは熱交換も行われない。

　このような動作により、車室内へ温かい空気を送ることができる。温風には、エンジンの熱が有効活用され、エンジン熱で足りない分がヒートポンプサイクルによって補われる。また、圧縮機１２の排熱も空気を温めるのに有効活用されている。空気の加熱はヒートポンプサイクルを利用しているので、加熱量に対する消費電力は低く抑えられている。

　［配管経路の比較］
　図４は、従前の車両用空調装置からの冷媒配管の変更点を説明する図である。図中、実線で従前の車両用空調装置の配管を示している。

　［従前の車両用空調装置の場合］
　冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置では、室外熱交換器５６がエンジンルーム内の車両先頭付近に配置され、吸気通路Ｂ、ヒータコア４４およびエバポレータ４８が車室内のＨＶＡＣ７０に配置される。さらに、圧縮機１２がエンジンルームに配置される。

　この構成において、冷媒の配管は、図４の実線に示すものとなる。すなわち、エンジンルーム内の車両先頭の室外熱交換器５６から膨張弁５２を介して車室内のエバポレータ４８へつながる配管Ｐ１、圧縮機１２から室外熱交換器５６へつながる配管Ｐ２、ならびに、車室内のエバポレータ４８から圧縮機１２へ連なる配管Ｐ３のみとなる。

　各配管Ｐ１～Ｐ３は、車両の各構成を避けつつ、冷媒の圧力損失が大きくならないよう、なるだけ直線的な経路となるようにレイアウトされる。特に、長い区間に渡って施設される配管Ｐ１は、優先的に直線的な経路にできるようにレイアウト設計されることがある。

　冷却液の配管Ｗ１，Ｗ２は、エンジンルームのエンジン冷却器４０とＨＶＡＣ７０内のヒータコア４４との間に施設される。

　次に、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置を、車両用ヒートポンプ装置１０を用いることで、ヒートポンプサイクルを利用した暖房運転も行えるように変更する場合について説明する。

　従前の配管からの変更点としては、２本の冷媒配管Ｐ２１、Ｐ２２が追加される。冷媒配管Ｐ２１は車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導出管３５と、冷媒配管Ｐ２２は車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入管３４と接続する。

　また、変更点としては、エンジンルームを渡って設けられる長い配管Ｐ２の一部分Ｐ２ｂが除去される。配管Ｐ２ｂが除去された後の、配管Ｐ２の圧縮機１２の冷媒の吐出口の側を配管Ｐ２ａと、配管Ｐ２の室外熱交換器５６の側を配管Ｐ２ｃと称する。

　冷媒配管Ｐ２ａは、車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入管３６と、冷媒配管Ｐ２ｃは車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導出管３３と接続する。

　車両用ヒートポンプ装置１０とヒータコア４４との間には、熱せられた冷却液を循環させる配管Ｗ２１，Ｗ２２が設けられる。これらの配管Ｗ２１，Ｗ２２は、例えばエンジン冷却器４０に連通する配管Ｗ１の一部Ｗ１ａを分断してバイパスするように接続される。配管Ｗ２１は冷却液導入管３１と接続し、配管Ｗ２２は冷却液導出管３２と接続する。

　車両用ヒートポンプ装置１０内の水冷媒熱交換器１４では、圧縮機１２で圧縮された高温高圧冷媒から冷却液へ放熱される。この熱は、ＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｂで空気を温めるヒータコア４４に伝達される。

　ここでは、例えば、特許文献１に開示される圧縮機、および、水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納した構成（特許文献１の図２１～図２４を参照）を用いる場合を検討する。そして、この構成を用いて、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置を、ヒートポンプサイクルを利用した暖房運転も行えるように変更する場合を検討する。

　この場合には、従前の車両用空調装が備える圧縮機を、圧縮機および水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納した装置に置換する必要がある。このため、圧縮機周辺の配管パターンを大きく変更する必要がある。

　［本実施の形態の場合］
　一方、本実施の形態の構成では、図１と図４との比較から分かるように、従前の車両用空調装置からの冷媒配管の変更点は、冷媒配管Ｐ２１、Ｐ２２の追加と、配管Ｐ２の一部分の配管Ｐ２ｂを除去した部分に車両用ヒートポンプ装置１０を配置するだけで済む。

　さらに、圧縮機の配置は変更しないため、冷媒の配管パターンの変更点を少なくしつつ、容易にヒートポンプサイクルを利用した暖房運転を行うことができる。

　以上のように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１０および車両用空調装置によれば、次のような効果が得られる。すなわち、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置の配管に２本の配管追加、一部配管の除去を行うだけでヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を行うことができるようになる。

　従って、従前の車両用空調装置が採用されている車両に対して、マイナーチェンジまたはオプション変更により、ヒートポンプサイクルによる暖房運転が可能な車両用空調装置を搭載する場合に、本実施の形態は特に有効になる。すなわち、車両用ヒートポンプ装置１０および追加の冷媒配管Ｐ２１、Ｐ２２のスペースだけを設ければ、車両の他の構成のレイアウトに影響を及ぼすことなく、本実施の形態の車両用空調装置を適用することが可能となる。車両用ヒートポンプ装置１０は後述するように、比較的小さな装置として構成可能であり、従前の車両用空調装置の構成要素の間に容易に配置可能である。

　［変形例１］
　図５は、本発明の実施の形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図である。

　本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置１０としては、図５に示すように、開閉弁２４、オリフィス付開閉弁２２、三方弁１８および逆止弁２０の全部または何れかを、筐体２６の外側に設けるようにしてもよい。

　また、２つの開閉弁２４、６０は、冷媒配管の分岐箇所ｄ１，ｄ２に三方弁を設けて代替することも可能である。

　さらに、冷却液を水冷媒熱交換器１４へバイパスさせるか否かを切り替えるための構成は、三方弁１８および逆止弁２０に限られず、複数の開閉弁を用いて構成することもできる。

　［変形例２］
　図６は、本発明の実施形態１の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図である。図５との相違点は、図５における２つの開閉弁２４、６０を、１つの三方弁２１で代替している点である。

　三方弁２１は、電気的に制御される。三方弁２１は、冷房運転時には室外熱交換器５６を通過した冷媒をエバポレータ４８の側へのみ送るようにする。また、三方弁２１は、暖房運転時には室外熱交換器５６を通過した冷媒を車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入管３４に接続された側へのみ送るようにする。

　以上、本発明の実施の形態１について説明した。

　なお、上記実施の形態における圧縮機１２は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構を駆動するための電動モータを備えてもよい。また、上記実施の形態における圧縮機１２は、内燃機関の駆動力等、圧縮機１２の外部の駆動力をベルト等で伝達することで圧縮機構を駆動するようにしてもよい。

　なお、上記実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入部または冷媒導出部として、管状の構成を例にとって説明したが、冷媒導入部または冷媒導出部は、例えば、配管接続用のコネクタまたはソケットを筐体２６の壁体に埋設した構成としてもよい。冷却液の導入部または導出部も同様である。

　また、上記実施の形態では、ヒータコアに内燃機関から熱をもらった冷却液を供給する構成を例にとって説明したが、ヒータコア４４には車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液だけが流れる構成を採用してもよい。

　また、上記実施の形態の車両用空調装置および車両用ヒートポンプ装置は、自動車に新規に搭載される構成としても良い。また、上記実施の形態の車両用ヒートポンプは、図４に示したような、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置の一部と交換される構成としても良い。この交換により、本実施形態の車両用空調装置が実現されて、ヒートポンプサイクルによる暖房運転が可能となる。

　（実施形態２）
　＜実施形態２に係る背景および課題＞
　ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）又はＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）など内燃機関と電気モータとで走行可能な自動車がある。このような自動車では、モータ走行時に内燃機関から熱が得られなくなるため、ヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を行う車両用空調装置が採用されることがある。内燃機関を有さないＥＶ（Electric Vehicle）でも同様である。

　上述した特許文献１（特開平８－１９７９３７号公報）には、冷媒を圧縮するコンプレッサと、空気を車室へ導くダクト内に配置された冷房用のエバポレータと、エバポレータに低温低圧の冷媒を供給する膨張弁と、冷媒の熱を二次冷媒（例えば冷却液）を用いて輸送してダクト内の空気を加熱する複数の熱交換器と、を備えた車両用の空調装置が開示されている。

　このような車両用空調装置では、暖房運転時に、冷房用のエバポレータで多くの熱交換を行うことができない。車室内が不要に冷えてしまうためである。よって、このような車両用空調装置では、冷房用のエバポレータおよび膨張弁を介さずに冷媒を流せる暖房用の分岐回路が設けられることがある。ここで、回路とは、冷媒を循環的に流す一回りの冷媒通路を言う。

　そして、このような車両用空調装置では、暖房運転時に、エバポレータに冷媒を流さずに、分岐回路上の別の熱交換器（室外熱交換器）および膨張弁を用いてヒートポンプサイクルを実現する。これにより、外気から冷媒へ熱を吸収させて、この熱を利用して車室内の暖房を行う（例えば特許文献１の図１を参照）。

　エバポレータおよび膨張弁を介さずに冷媒を流す暖房用の分岐回路を採用した場合、なんら工夫がないと、暖房用の分岐回路と冷房用の冷媒回路とにそれぞれ開閉弁を設けて、暖房時と冷房時とで冷媒の流れを切り替えることになる。しかしながら、これでは、空調装置の部品点数が多くなるという課題がある。

　一方、特許文献１の図１には、エバポレータ（２５）および膨張弁（２４）のある冷媒通路に開閉弁を設けず、この通路をバイパスするバイパス通路（４２）に開閉弁（２８）を設けた空調装置が開示されている。

　しかしながら、この構成では、バイパス通路を開閉する開閉弁が開となる暖房運転時にも、エバポレータ（２５）および膨張弁（２４）に比較的多くの冷媒が流れてしまうという課題がある。この不要な冷媒の流れは、空調性能の低下につながる。

　さらに、暖房運転時、外気温が低いときに、冷媒が膨張弁を通過してエバポレータに流れると、エバポレータに凍結が発生してしまうという課題が生じる。

　本実施形態の目的は、エバポレータおよび膨張弁を除外して冷媒を流すことのできる暖房用の分岐回路を有する車両用空調装置において、部品点数を削減し、且つ、暖房運転時における不要な冷媒の流れを防止することである。

　＜実施形態２の説明＞
　図７は、本発明の実施形態２の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を示す構成図である。

　本発明の実施形態２の車両用空調装置は、車両用ヒートポンプ装置１１０と、エンジン冷却器１４０と、ヒータコア１４４と、エバポレータ１４８と、膨張弁１５２と、室外熱交換器１５６と、これらの間を結ぶ冷媒の配管および冷却液の配管等から構成される。

　車両用ヒートポンプ装置１１０は、電動圧縮機１１２と、水冷媒熱交換器１１４と、アキュムレータ１１６と、三方弁１１８と、逆止弁１２０と、オリフィス付開閉弁１２２と、開閉弁１２４と、筐体１２６と、冷却液導入管１３１と、冷却液導出管１３２と、１つの冷媒導出管１３３と、２つの冷媒導入管１３４，１３５とを備えている。

　電動圧縮機１１２は、電気により駆動して、吸入した冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。電動圧縮機１１２の冷媒の吸入口は、アキュムレータ１１６を介して２つの冷媒導入管１３４，１３５に連通し、電動圧縮機１１２の冷媒の吐出口は、水冷媒熱交換器１１４の冷媒通路の入口に連通している。

　水冷媒熱交換器１１４は、冷却液の通路と冷媒通路とを有し、これらの通路が大きな面積で熱交換可能に接触して構成される。冷媒通路の入口は電動圧縮機１１２の吐出口に連通し、冷媒通路の出口はオリフィス付開閉弁１２２が付設された冷媒導出管１３３に連通している。冷却液の通路の入口は配管を介して三方弁１１８に接続され、冷却液の出口は配管を介して逆止弁１２０に接続されている。

　水冷媒熱交換器１１４には、電動圧縮機１１２の駆動中、高温高圧の冷媒が流れる一方、冷却液は三方弁の切り替えによって流れ有りの状態と停止の状態とに切り替えられる。冷却液が流れれば、高温高圧冷媒から冷却液へ放熱が行われ、冷却液が停止すれば、高温高圧冷媒はほぼそのままの温度で水冷媒熱交換器１１４を通過する。

　三方弁１１８は、電気的な制御により、冷却液導入管１３１から導入された冷却液を、水冷媒熱交換器１１４側および冷却液導出管１３２側の何れか一方に切り替えて流す。

　逆止弁１２０は、水冷媒熱交換器１１４への冷却液の逆流を防止する。

　オリフィス付開閉弁１２２は、膨張弁としての機能を有する開閉弁であり、電気的な制御によって開または閉に切り替えられる。オリフィス付開閉弁１２２は、例えば、大径の通路と、小径の通路になるオリフィスとを有し、大径の通路が開閉可能に構成されている。オリフィス付開閉弁１２２は、大径の通路が開いたときに、冷媒をそのまま通過させ、大径の通路が閉じたときに、高圧の冷媒をオリフィスの通路に通して膨張させる。膨張した冷媒は、低温低圧の冷媒となる。

　開閉弁１２４は、冷媒導入管１３４の入口と２つの冷媒導入管１３４，１３５の合流部との間に設けられ、電気的な制御によって、この間の通路を開閉する。

　アキュムレータ１１６は、気相および液相の冷媒を分離して気相の冷媒のみを電動圧縮機１１２へ送る。

　上記の三方弁１１８、オリフィス付開閉弁１２２、開閉弁１２４は、例えば、車両用空調装置の制御装置から電気信号が送られて、状態が切り替えられる。或いは、三方弁１１８、オリフィス付開閉弁１２２、開閉弁１２４は、車両用空調装置の制御装置の指令を受けて、車両用ヒートポンプ装置１１０の制御部が信号を出力して、状態が切り替わる構成としてもよい。

　筐体１２６は、電動圧縮機１１２、水冷媒熱交換器１１４、アキュムレータ１１６、三方弁１１８、逆止弁１２０、オリフィス付開閉弁１２２、および、開閉弁１２４を収容し、これらの構成を一体的にパッケージングする。筐体１２６の周囲は断熱され、筐体１２６内において電動圧縮機１１２と水冷媒熱交換器１１４とは熱交換可能に近接配置されていてもよい。

　冷媒導出管１３３および冷媒導入管１３４，１３５は、筐体１２６の外部に一端が露出し、車両用空調装置の冷媒配管と連結される。冷媒導出管１３３および冷媒導入管１３４，１３５の一端には、配管連結用のコネクタまたはソケットが設けられていてもよい。

　冷却液導入管１３１および冷却液導出管１３２は、筐体１２６の外部に一端が露出し、車両用空調装置の冷却液の配管と連結される。冷却液導入管１３１および冷却液導出管１３２の一端には、配管連結用のコネクタまたはソケットが設けられていてもよい。

　エンジン冷却器１４０は、内燃機関の周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へ内燃機関から熱を放出させる。内燃機関から吸熱した冷却液は、ヒータコア１４４を通り、図示しない放熱器から放熱可能な構成となっている。例えば、放熱器は車両前面に設置されたラジエータで構成される。冷却液の温度がある所定の温度未満である場合は、冷却液の回路内に設けられた開閉弁（図示略）が閉まり、冷却液は、内燃機関とヒータコア１４４、または、内燃機関と車両用ヒートポンプ装置１１０を経由して循環する。図示しない開閉弁は、例えば、サーモスタットである。ウォータジャケットの冷却液の通路の入口および出口は、ヒータコア１４４と車両用ヒートポンプ装置１１０の冷却液導入管１３１とにそれぞれ連通する。

　ヒータコア１４４は、冷却液と空気との熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣ１７０内の吸気通路Ｂ１００内に配置される。ヒータコア１４４の冷却液の通路は、エンジン冷却器１４０と、車両用ヒートポンプ装置１１０の冷却液導出管１３２に連通する。吸気通路Ｂ１００は車室の近傍に配置され、吸気通路Ｂ１００には、ファンＦ１０２によって外気等が導入される。

　エバポレータ１４８は、低温低圧に膨張された冷媒と、空気との間で熱交換を行う機器であり、ＨＶＡＣ１７０内の吸気通路Ｂ１００内に配置される。低温低圧に膨張された冷媒は、エバポレータ１４８を通過する際に、空気から熱を吸収して気化する。エバポレータ１４８の冷媒通路の入口は、膨張弁１５２を介して室外熱交換器１５６に連通している。エバポレータ１４８の冷媒通路の出口は、配管を介して車両用ヒートポンプ装置の冷媒導入管１３５に連通している。

　ＨＶＡＣ１７０内の吸気通路Ｂ１００においては、外気導入側にエバポレータ１４８が配置され、車室への送風口側にヒータコア１４４が配置されている。

　膨張弁１５２は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、エバポレータ１４８へ送る。膨張弁１５２は、エバポレータ１４８の近傍に配置されている。膨張弁１５２の詳細については後述する。

　室外熱交換器１５６は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えば車両の先頭付近に配置されて、各通路を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器１５６の冷媒通路の入口は、配管を介して車両用ヒートポンプ装置１１０の冷媒導出管１３３に連通する。また、室外熱交換器１５６の冷媒通路の出口は、途中で２本の配管に分岐して、エバポレータ１４８および車両用ヒートポンプ装置１１０の冷媒導入管１３４にそれぞれ連通する。

　室外熱交換器１５６には、暖房運転時には低温低圧の冷媒が流れて外気から熱を吸収し、冷房運転時には高温高圧の冷媒が流れて外気へ熱を放出する。室外熱交換器１５６には、例えば、ファンＦ１０１により外気が吹き付けられる。

［膨張弁の詳細］
　図８は、膨張弁のセット値の一例を示すグラフ、図９は、暖房時および冷房時における膨張弁の状態を説明する図である。

　膨張弁１５２は、温度を感知する感温部と、感温部の作用によって開閉し、開の状態で冷媒を通過させて膨張させる弁とが設けられている。この実施形態の膨張弁１５２は、例えば、感温部に使用冷媒と同種の冷媒が封入されたガス封入式の膨張弁であり、機械的に開閉する機構を有している。具体的には、感温部の封入ガスの圧力と低圧側の冷媒圧力との差圧が、弁を閉じているバネ圧に対抗する構造を有している。感温部は、エバポレータ１４８の冷媒出口部に接触して冷媒出口温度を感知する。そして、差圧がバネ圧を超えたときに弁が開いて、冷媒を通過および膨張させる。

　膨張弁１５２のＳＥＴ値は、ヒートポンプサイクルの冷媒としてＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｏｌｅｆｉｎ）－１２３４ｙｆを使用する場合、次のように設定される。
　感知温度が０℃のとき、０．１０～０．１４ＭＰａ（Ｇ：ゲージ圧力）
　感知温度が１０℃のとき、０．２１～０．２６ＭＰａ（Ｇ）

　より好ましくは、膨張弁１５２のＳＥＴ値は、ＨＦＯ－１２３４ｙｆの冷媒を使用する場合、次のように設定してもよい。
　感知温度が０℃のとき、０．１２～０．１４ＭＰａ（Ｇ）
　感知温度が１０℃のとき、０．２３～０．２６ＭＰａ（Ｇ）

　ここで、ＳＥＴ値とは、膨張弁１５２が開から閉となる低圧冷媒の圧力（圧力単位の（Ｇ）は大気圧基準の圧力、すなわちゲージ圧力を示す）であり、エバポレータ１４８の冷媒出口温度（感温部の感知温度）に依存する。

　図８および図９のグラフには、この膨張弁１５２のＳＥＴ値が示されている。

　また、膨張弁１５２のＳＥＴ値は、ヒートポンプサイクルの冷媒としてＲ１３４ａを使用する場合、次のように設定される。Ｒ１３４ａは、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｃａｒｂｏｎ）－１３４ａとも呼ばれる。
　感知温度が０℃のとき、０．０８～０．１２ＭＰａ（Ｇ）
　感知温度が１０℃のとき、０．１９～０．２４ＭＰａ（Ｇ）

　より好ましくは、膨張弁１５２のＳＥＴ値は、Ｒ１３４ａの冷媒を使用する場合、次のように設定してもよい。
　感知温度が０℃のとき、０．１０～０．１２ＭＰａ（Ｇ）
　感知温度が１０℃のとき、０．２１～０．２４ＭＰａ（Ｇ）

　上記のようなＳＥＴ値の設定によれば、図９に示すように、安定的な冷房運転時において、低圧側の冷媒圧力と、エバポレータ１４８の冷媒出口温度とは、範囲Ｗ１０１に凡そ含まれる。従って、安定的な冷房運転時において、膨張弁１５２は、安定的に開く。

　一方、安定的な暖房運転時には、低圧側の冷媒圧力と、エバポレータ１４８の冷媒出口温度とは、範囲Ｗ１０２に凡そ含まれる。エバポレータ１４８には、吸気通路Ｂ１００において主に外気が吹き付けられるので、エバポレータ１４８に冷媒が流れないとき、膨張弁１５２が感知する温度（エバポレータ１４８の冷媒出口温度）はほぼ外気温度となる。

　その結果、膨張弁１５２は、感知温度が－３℃～－７℃の範囲より低くなったときに閉じるように動作する。先に説明したように、膨張弁１５２が閉じたときの膨張弁１５２の感知温度は、ほぼ外気温度となる。よって、上記の開閉動作により、除湿運転の必要性が残る外気温度（“－７℃～－３℃”より高い温度）では、膨張弁１５２が少ない頻度で開いて除湿運転が可能となる。

　例えば、外気－５℃のとき冷媒の飽和温度は０．１５Ｍｐａ（Ｇ）であり、０．０６Ｍｐａ（Ｇ）以下であれば膨張弁１５２は開く。

　一方、上記の開閉動作により、除湿運転の必要性の無い低外気温度（“－７℃～－３℃”より低い温度）では、膨張弁１５２は閉じて、エバポレータ１４８に冷媒を流さない。従って、不要な冷媒の流れが防止されて、空調性能の低下が防止される。また、エバポレータ１４８が低温になりすぎて凍結してしまうことが防止される。

　本実施形態の車両用空調装置では、膨張弁１５２とエバポレータ１４８のある通路に開閉弁を設けていない。本実施形態の車両用空調装置は、膨張弁１５２が自動的に開閉動作することにより、暖房時と冷房時の適切な冷媒の流れが実現される。このため、膨張弁１５２とエバポレータ１４８のある通路に開閉弁を設けて、この通路の開閉制御を行う必要がない。

　続いて、本実施形態の車両用空調装置における冷房運転時の動作、ならびに、外気温が非常に低いときの暖房運転時の動作について説明する。

［冷房運転動作］
　図１０は、実施形態２の車両用空調装置における冷房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。

　冷房運転時には、開閉弁１２４が閉、オリフィス付開閉弁１２２が開、三方弁１１８の水冷媒熱交換器１１４側が閉に切り替えられる。

　この切替えにより、冷却液は、エンジン冷却器１４０とヒータコア１４４とを循環する一方、冷却液は水冷媒熱交換器１１４に流れない。吸気通路Ｂ１００においては、ヒータコア１４４に風が流れないようにルーバー等が切り替えられることで、車室内へ供給される送風への加熱は行われない。

　冷媒は、電動圧縮機１１２により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器１１４を高温のまま通過して室外熱交換器１５６へ送られる。その後、冷媒は、室外熱交換器１５６で冷却された後、膨張弁１５２を通過して低温低圧に膨張し、続いてエバポレータ１４８へ送られる。エバポレータ１４８では、車室内へ送られる空気から冷媒へ吸熱が行われて、空気の冷却と冷媒の気化とが行われる。気化した冷媒は、アキュムレータ１１６を介して電動圧縮機１１２へと戻される。

［暖房運転動作］
　図１１は、実施形態２の車両用空調装置における外気温度が非常に低いときの暖房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。

　暖房運転時には、開閉弁１２４が開、オリフィス付開閉弁１２２が閉、三方弁１１８の冷却液導出管１３２側が閉に切り替えられる。

　この切替えにより、冷却液は、エンジン冷却器１４０と、水冷媒熱交換器１１４と、ヒータコア１４４とを循環する。この間、冷却液は、エンジン冷却器１４０と、水冷媒熱交換器１１４とで加熱され、ヒータコア１４４で吸気通路Ｂ１００を流れる空気へと放熱を行う。

　さらに、車両用ヒートポンプ装置１１０では、電動圧縮機１１２で発生した熱が水冷媒熱交換器１１４で冷却水へ伝えられて、電動圧縮機１１２の排熱も熱源として利用される。

　吸気通路Ｂ１００においては、ヒータコア１４４に風が流れるようにルーバー等が切り替えられて、車室内へ送られる空気が温められる。

　冷媒は、電動圧縮機１１２により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器１１４を通過して冷却液へ放熱を行う。放熱後の高圧の冷媒は、オリフィス付開閉弁１２２を通過して低温低圧に膨張し、室外熱交換器１５６へ送られる。室外熱交換器１５６では、外気から冷媒へ吸熱が行われて、冷媒が気化する。気化した冷媒は、アキュムレータ１１６を介して電動圧縮機１１２へ戻される。

　膨張弁１５２は、外気温度が低い（例えば”－３℃～－７℃”以下）とき、自動的に閉状態となる。このとき、エバポレータ１４８には、冷媒が流れず、そこでは熱交換も行われない。

　以上のような動作により、車室内へ温かい空気を送ることができる。温風には、エンジンの熱が有効活用され、エンジン熱で足りない分がヒートポンプサイクルによって補われる。また、電動圧縮機１１２の排熱も空気を温めるのに有効活用されている。空気の加熱はヒートポンプサイクルを利用しているので、加熱量に対する消費電力は低く抑えられている。さらに、外気温度が低いときには、膨張弁１５２が閉じて、膨張弁１５２とエバポレータ１４８に不要な冷媒の流れが生じないので、不要な流れにより空調能力が低下しない。

　以上のように、本実施形態の車両用空調装置によれば、膨張弁１５２のＳＥＴ値の設定により、安定的な冷房運転時には、膨張弁１５２が安定的に開いて冷媒を通過および膨張させる。一方、安定的な暖房運転時、除湿運転の必要性の無い低外気温度のときには、膨張弁１５２が自動的に閉じて、冷媒を通過および膨張させない。

　よって、膨張弁１５２とエバポレータ１４８のある通路に開閉弁を設けて、この通路の開閉制御を行わなくても、膨張弁１５２の自動的な開閉動作により、暖房時と冷房時の適切な冷媒の流れの制御が達成される。

　また、上記の膨張弁１５２の自動的な開閉動作により、除湿運転の必要性の無い低外気温度時に、膨張弁１５２およびエバポレータ１４８に不要な冷媒が流れることが防止されて、空調性能の低下が防止される。また、エバポレータ１４８が低温になりすぎて凍結してしまうことが防止される。

　以上、本発明の実施形態２について説明した。

　なお、上記実施形態では、車室内を暖房する構成として、二次冷媒となる冷却液をヒートポンプサイクルにより加熱し、ヒータコア１４４を介して冷却液から空気へ放熱を行う構成を例にとって説明した。しかしながら、車室内を暖房する構成は、この構成に限られず、様々に変更可能である。

　２０１２年１２月６日出願の特願２０１２－２６７０８５の日本出願、および、２０１２年１２月１９日出願の特願２０１２－２７６４９８の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明は、車両に搭載される車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置に利用できる。

　１０　車両用ヒートポンプ装置（実施形態１）
　１２　圧縮機
　１４　水冷媒熱交換器
　１６　アキュムレータ
　１８　三方弁
　１９　接続部
　２０　逆止弁
　２１　三方弁
　２２　オリフィス付開閉弁
　２４　開閉弁
　２６　筐体
　３１　冷却液導入管
　３２　冷却液導出管
　３３、３５　冷媒導出管
　３４、３６　冷媒導入管
　４０　エンジン冷却器
　４４　ヒータコア
　４８　エバポレータ
　５２　膨張弁
　５６　室外熱交換器
　６０　開閉弁
　７０　ＨＶＡＣ
　Ｂ　吸気通路
　Ｆ１，Ｆ２　ファン
　１１０　車両用ヒートポンプ装置（実施形態２）
　１１２　電動圧縮機
　１１４　水冷媒熱交換器
　１１６　アキュムレータ
　１１８　三方弁
　１２０　逆止弁
　１２２　オリフィス付開閉弁
　１２４　開閉弁
　１２６　筐体
　１３１　冷却液導入管
　１３２　冷却液導出管
　１３３　冷媒導出管
　１３４，１３５　冷媒導入管
　１４０　エンジン冷却器
　１４４　ヒータコア
　１４８　エバポレータ
　１５２　膨張弁
　１５６　室外熱交換器
　１７０　ＨＶＡＣ
　Ｂ１００　吸気通路
　Ｆ１０１，Ｆ１０２　ファン

Claims

　筐体の外部にある吸入した冷媒を圧縮する圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を導入して用いる車両用ヒートポンプ装置であって、
　前記圧縮機が吐出した前記高温高圧冷媒を前記筐体の外部から導入する第１の冷媒導入部と、
　前記第１の冷媒導入部から導入した前記高温高圧冷媒から冷却液へ放熱可能な水冷媒熱交換器と、
　前記水冷媒熱交換器を収容する前記筐体と、
　前記筐体の外部から前記水冷媒熱交換器へ前記冷却液を導入可能な冷却液導入部と、
　前記水冷媒熱交換器から前記筐体の外部へ前記冷却液を導出可能な冷却液導出部と、
　前記水冷媒熱交換器を通過した前記冷媒を前記筐体の外部へ導出する第１の冷媒導出部と、
　を具備した、車両用ヒートポンプ装置。
　前記冷却液導入部から導入された前記冷却液を、前記水冷媒熱交換器を通して前記冷却液導出部へ送るか、前記水冷媒熱交換器を通さずに前記冷却液導出部へ送るかを、切替可能な冷却液切替弁をさらに具備し、
　前記冷却液切替弁が前記筐体に収容されている、
　請求項１記載の車両用ヒートポンプ装置。
　前記水冷媒熱交換器を通過した前記冷媒を、膨張させて前記第１の冷媒導出部へ送るか、高圧のまま前記第１の冷媒導出部へ送るか、切替え可能な膨張弁機能付き開閉弁を、
　さらに具備する請求項２記載の車両用ヒートポンプ装置。
　前記筐体の外部から低圧冷媒を導入する第２の冷媒導入部と、
　前記第２の冷媒導入部から導入した前記低圧冷媒を気相および液相の冷媒に分離するアキュムレータと、
　前記アキュムレータで分離された気相の冷媒を前記圧縮機へ導出する第２の冷媒導出部と、
　をさらに具備し、
　前記アキュムレータは前記筐体に収容されている、
　請求項３記載の車両用ヒートポンプ装置。
　前記第２の冷媒導入部と、前記アキュムレータとの間に開閉弁を具備する、
　請求項４記載の車両用ヒートポンプ装置。
　前記開閉弁および前記膨張弁機能付き開閉弁が、前記筐体に収容されている、
　請求項５記載の車両用ヒートポンプ装置。
　冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる車両用空調装置の一部と交換されて、ヒートポンプサイクルによる暖房運転を可能とする、
　請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用ヒートポンプ装置。
　吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
　車両の内燃機関から冷却液へ熱を吸収させる内燃機関冷却器と、
　高温の冷却液から車室内へ送られる空気へ熱を放出させる暖房用熱交換器と、
　車室外で冷媒と空気との熱交換を行う室外熱交換器と、
　請求項１記載の車両用ヒートポンプ装置と、
　を具備し、
　前記内燃機関冷却器および前記暖房用熱交換器が、前記車両用ヒートポンプ装置の前記冷却液導出部および前記冷却液導入部の間に直列に接続し、
　前記室外熱交換器が前記車両用ヒートポンプ装置の前記第１の冷媒導出部と接続し、
　前記圧縮機の吐出口が前記車両用ヒートポンプ装置の第１の冷媒導入部と接続した、車両用空調装置。
　吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
　車両の内燃機関から冷却液へ熱を吸収させる内燃機関冷却器と、
　高温の冷却液から車室内へ送られる空気へ熱を放出させる暖房用熱交換器と、
　車室外で冷媒と空気との熱交換を行う室外熱交換器と、
　車室内へ送られる空気から低温の冷媒へ熱を吸収させるエバポレータと、
　請求項６記載の車両用ヒートポンプ装置と、
　を具備し、
　前記内燃機関冷却器および前記暖房用熱交換器が、前記車両用ヒートポンプ装置の前記冷却液導出部および前記冷却液導入部の間に直列に接続し、
　前記室外熱交換器および前記エバポレータが、前記車両用ヒートポンプ装置の前記第１の冷媒導出部および前記圧縮機の吸入口との間に直列に接続され、
　前記圧縮機の吐出口が前記車両用ヒートポンプ装置の前記第１の冷媒導入部と接続し、
　前記エバポレータと前記圧縮機の吸入口とを接続する冷媒通路を前記車両用ヒートポンプ装置の前記第２の冷媒導出部と接続し、
　前記室外熱交換器および前記エバポレータとの間の冷媒通路が分岐して前記第２の冷媒導入部と接続した、車両用空調装置。
　高圧の冷媒を膨張させて前記エバポレータへ送る膨張弁をさらに具備し、
　前記膨張弁が、前記車両用ヒートポンプ装置の外部で、且つ、前記エバポレータの上流に配置されている、
　請求項９記載の車両用空調装置。
　前記室外熱交換器と前記エバポレータとの間の冷媒通路を開閉可能な開閉弁を具備する、
　請求項９または請求項１０に記載の車両用空調装置。
　ヒートポンプを用いて冷房運転および暖房運転が可能な車両用空調装置であって、
　低圧の冷媒を圧縮して高圧にする電動圧縮機と、
　前記電動圧縮機が吐出した高温高圧の前記冷媒を膨張させる膨張弁と、
　前記膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させながら通過させるエバポレータと、
　前記電動圧縮機、前記膨張弁、および、前記エバポレータを通って循環的に前記冷媒を流す冷媒回路と、
　前記膨張弁と前記エバポレータとを介さずに前記電動圧縮機へ前記冷媒を循環的に流せる分岐回路と、
　を具備し、
　前記膨張弁は、感温部を有し、前記感温部が感知した温度に基づき外気温度が特定温度より低いときに閉じ、
　前記特定温度は－３℃～－７℃の間に含まれる、
　車両用空調装置。
　前記膨張弁は、前記感温部の感知温度に依存して機械的に開閉する、
　請求項１２記載の車両用空調装置。
　前記感温部は前記エバポレータの冷媒出口温度を感知し、
　前記膨張弁は、前記感温部の感知温度および前記膨張弁の低圧側の冷媒圧力に基づいて開閉し、
　前記冷媒回路を流れる前記冷媒は、Ｒ１３４ａであり、
　前記膨張弁を開閉する圧力閾値を表わすＳＥＴ値は、
　前記感知温度が０℃のとき０．０８～０．１２ＭＰａ（Ｇ）の間に含まれ、
　前記感知温度が１０℃のとき０．１９～０．２４ＭＰａ（Ｇ）の間に含まれる、
　請求項１２記載の車両用空調装置。
　前記感温部は前記エバポレータの冷媒出口温度を感知し、
　前記膨張弁は、前記感温部の感知温度および前記膨張弁の低圧側の冷媒圧力に基づいて開閉し、
　前記冷媒回路を流れる前記冷媒は、ＨＦＯ－１２３４ｙｆであり、
　前記膨張弁を開閉する圧力閾値を表わすＳＥＴ値は、
　前記感知温度が０℃のとき０．１～０．１４ＭＰａ（Ｇ）の間に含まれ、
　前記感知温度が１０℃のとき０．２１～０．２６ＭＰａ（Ｇ）の間に含まれる、
　請求項１２記載の車両用空調装置。
　前記膨張弁は、前記感温部に前記冷媒回路を流れる前記冷媒と同種の冷媒を封入したガス封入式の膨張弁である、
　請求項１４または請求項１５に記載の車両用空調装置。
　前記冷媒回路には、前記電動圧縮機の出口側から、第１熱交換器、前記冷媒の膨張通過と非膨張通過とを切り替えられる切替部、および、第２熱交換器が設けられ、
　前記分岐回路には、開閉弁が設けられ、
　前記冷媒回路には、前記膨張弁および前記エバポレータが設けられ、且つ、開閉弁が設けられていない、
　請求項１２記載の車両用空調装置。
　前記第１熱交換器は、前記冷媒回路を流れる前記冷媒と二次冷媒との間で熱交換可能であり、
　前記第２熱交換器は、前記冷媒回路を流れる前記冷媒と外気との間で熱交換する、
　請求項１７記載の車両用空調装置。
　前記エバポレータは、車室に送られる空気から前記冷媒に吸熱させる構成である、
　請求項１２記載の車両用空調装置。