WO2017154465A1

WO2017154465A1 - 空調装置

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Publication number: WO2017154465A1
Application number: PCT/JP2017/005060
Authority: WO
Inventors: 慧伍佐藤; 加藤　吉毅; 竹内　雅之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: CN108778798A; JP2017159814A; US20190084375A1; DE112017001216T5; CN108778798B; US10752089B2; JP6565744B2

Abstract

空調装置は、高圧側熱交換器で放熱された冷媒を熱媒体と熱交換させて過冷却する過冷却用熱交換器（２１）を有する冷凍サイクル（１２）と、空調ケーシング（５１）の空気通路に空気を送風する送風機（２３）と、空気通路に配置され、空気を冷却する空気冷却器（３３、８７）と、空気通路において空気冷却器の空気流れ下流側に配置され、空気冷却器で冷却された空気を加熱するヒータコア（２４）と、空気通路において空気冷却器の空気流れ下流側かつ空気加熱器の空気流れ上流側に配置され、空気冷却器で冷却された空気を熱媒体と熱交換させて加熱する補助空気加熱器（２２）と、過冷却用熱交換器と補助空気加熱器との間で循環する熱媒体の流量を調節する流量調節部（２０）とを備える。

Description

空調装置

関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１６年３月１０日に出願された日本特許出願２０１６－０４６７９６号を基にしている。

　本開示は、空調対象空間を空調する空調装置に関する。

　従来、特許文献１には、空調ダクト内に設けられた蒸発器で空気を冷却し、蒸発器の空気流れ下流側に設けたヒータコアで蒸発器から流出した空気を加熱して空調風の温度調節を行う車両用空調装置が記載されている。

　この従来技術では、冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却用熱交換器、減圧装置および蒸発器で構成されている。凝縮器は、圧縮機から吐出された冷媒を外気との熱交換により凝縮液化させる。過冷却用熱交換器は、凝縮器で凝縮された液相冷媒を更に冷却する。蒸発器は、減圧装置が減圧した冷媒を蒸発気化させる。

　過冷却用熱交換器は、空調ダクト内における、蒸発器よりも空気流れ下流側、かつヒータコアよりも空気流れ上流側の部位に配置されている。ヒータコアは、エンジンを冷却する冷却水が内部を流れる。

特開２０１５－９６５２号公報

　上記従来技術では、蒸発器で冷却された空気を過冷却用熱交換器およびヒータコアで再加熱する。そのため、蒸発器で冷却された空気をヒータコアのみで再加熱する場合と比較して、ヒータコアで必要となる空気の加熱量を低減できる。

　しかしながら、本開示の発明者らの検討によれば、上記従来技術では、過冷却用熱交換器を流れる冷媒の流量が圧縮機の回転数に応じて決まってしまう。一般的に、圧縮機の回転数は、蒸発器の目標温度等に応じて決定される。そのため、過冷却用熱交換器を流れる冷媒の流量が、過冷却用熱交換器で必要となる空気の加熱量とは無関係に決定されるので、過冷却用熱交換器における空気の加熱量を適切に制御することができないという問題がある。

　本開示は上記点に鑑みて、過冷却用熱交換器で熱交換された熱量を利用して、車室内へ送風される空気を適切に加熱可能な空調装置を提供することを目的とする。

　本開示の一つの特徴例による空調装置は、
　冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる高圧側熱交換器と、高圧側熱交換器で放熱された冷媒と熱媒体とを熱交換させることによって、高圧側熱交換器で放熱された冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器とを有する冷凍サイクルと、
　空調対象空間へ吹き出される空気が流れる空気通路を形成する空調ケーシングと、
　空気通路に空気を送風する送風機と、
　空気通路に配置され、空気を冷却する空気冷却器と、
　空気通路において空気冷却器の空気流れ下流側に配置され、空気冷却器で冷却された空気を加熱する空気加熱器と、
　空気通路において空気冷却器の空気流れ下流側かつ空気加熱器の空気流れ上流側に配置され、空気冷却器で冷却された空気を熱媒体と熱交換させて加熱する補助空気加熱器と、
　過冷却用熱交換器と補助空気加熱器との間で循環する熱媒体の流量を調節する流量調節部とを備える。

　これによると、補助空気加熱器において、過冷却用熱交換器で熱交換された熱量を利用して、車室内へ送風される空気を加熱できる。そして、流量調節部が、過冷却用熱交換器と補助空気加熱器との間で循環する熱媒体の流量を調節するので、補助空気加熱器において、車室内へ送風される空気を適切に加熱することが可能になる。

第１実施形態における車両用空調装置を示す全体構成図である。第１実施形態における室内空調ユニットを示す断面図である。第１実施形態における補助空気加熱器のチューブを示す斜視図である。図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。図３のＶ－Ｖ断面図である。第１実施形態における補助空気加熱器のチューブの変形例を示す斜視図である。第１実施形態における補助空気加熱器のチューブを成形する際に用いる円管部材を示す斜視図である。図７の円管部材の加工過程における形状を示す斜視図である。第１実施形態における車両用空調装置の電気制御部を示すブロック図である。第２実施形態における室内空調ユニットを示す断面図である。第３実施形態における車両用空調装置を示す全体構成図である。第４実施形態における車両用空調装置を示す全体構成図である。第５実施形態における車両用空調装置を示す全体構成図である。

　以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

　（第１実施形態）
　図１に示す車両用空調装置１０は、空調対象空間である車室内を適切な温度に調整するために用いられる。車両用空調装置１０は、冷却水回路１１および冷凍サイクル１２を備えている。冷却水回路１１には冷却水が循環する。冷凍サイクル１２は蒸気圧縮式冷凍機である。

　冷却水は、熱媒体としての流体である。例えば、冷却水は、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体である。冷却水回路１１は、熱媒体が循環する熱媒体回路である。冷却水の熱伝達率は、空気の熱伝達率よりも非常に大きい。

　冷却水回路１１は、ポンプ２０、過冷却用熱交換器２１および補助空気加熱器２２を有している。ポンプ２０は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。ポンプ２０は、エンジンの駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプであってもよい。

　過冷却用熱交換器２１は、冷凍サイクル１２の冷媒から吸熱して冷却水を加熱する冷却水加熱器である。補助空気加熱器２２は、過冷却用熱交換器２１で加熱された冷却水と室内送風機２３によって送風される空気とを熱交換させて、車室内へ送風される空気を加熱する空気加熱器である。

　ポンプ２０、過冷却用熱交換器２１および補助空気加熱器２２は、冷却水回路１１に直列に配置されている。

　冷凍サイクル１２は、圧縮機３０、凝縮器３１、過冷却用熱交換器２１、膨張弁３２、および蒸発器３３を有している。冷凍サイクル１２の冷媒はフロン系冷媒である。冷凍サイクル１２は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルである。

　圧縮機３０は、電池から供給される電力によって駆動される電動圧縮機であり、冷凍サイクル１２の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。圧縮機３０は、エンジンの駆動力によってエンジンベルトで駆動されるベルト駆動式圧縮機であってもよい。

　凝縮器３１は、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒と車室外の空気（以下、外気と言う。）とを熱交換させることによって高圧冷媒を凝縮させる高圧側熱交換器である。凝縮器３１は、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒と冷却水とを熱交換させることによって高圧冷媒を凝縮させてもよい。

　凝縮器３１は、凝縮部３１ａ、貯液部３１ｂおよび過冷却部３１ｃを有するサブクールコンデンサである。凝縮部３１ａは、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒と外気とを熱交換させることによって高圧冷媒を凝縮させる。貯液部３１ｂは、凝縮部３１ａから流出した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、分離された液相冷媒を過冷却部３１ｃ側に流出させる気液分離部である。過冷却部３１ｃは、貯液部３１ｂから流出した液相冷媒と外気とを熱交換させることによって液相冷媒を過冷却する。

　これにより、冷凍サイクル１２は、レシーバーサイクルを構成している。冷凍サイクル１２は、アキュムレータサイクルを構成していてもよい。すなわち、貯液部３１ｂおよび過冷却部３１ｃの代わりに、図１中に二点鎖線で示すように貯液器３４が設けられていてもよい。貯液器３４は、蒸発器３３から流出した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、分離された気相冷媒を圧縮機３０側に流出させる気液分離器である。

　過冷却用熱交換器２１は、凝縮器３１から流出した液相冷媒と冷却水回路１１の冷却水とを熱交換させることによって液相冷媒を過冷却する熱交換器である。過冷却用熱交換器２１を流れる冷媒の熱伝達率は、冷却水の熱伝達率よりも非常に小さい。

　膨張弁３２は、過冷却用熱交換器２１から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧部である。膨張弁３２は、蒸発器３３出口側冷媒の温度および圧力に基づいて蒸発器３３出口側冷媒の過熱度を検出する感温部を有する温度式膨張弁である。すなわち、膨張弁３２は、蒸発器３３出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように機械的機構によって絞り通路面積を調節する温度式膨張弁である。膨張弁３２は、電気的機構によって絞り通路面積を調節する電気式膨張弁であってもよい。

　蒸発器３３は、膨張弁３２で減圧膨張された低圧冷媒と車室内へ送風される空気とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器である。蒸発器３３は、車室内へ送風される空気を冷却する空気冷却器である。

　図２に示すように、蒸発器３３および補助空気加熱器２２は、室内空調ユニット５０のケーシング５１に収容されている。ケーシング５１の内部には、空気が流れる空気通路が形成されている。

　ケーシング５１内において空気流れ最上流部には、図示しない内外気切替箱および室内送風機２３が配置されている。図２では、室内送風機２３を模式的に図示している。内外気切替箱は、車室内の空気（以下、内気と言う。）と外気とを切替導入する内外気切替部である。

　室内送風機２３は、内外気切替部によって導入された空気を吸入してケーシング５１内の空気通路に送風する。ケーシング５１内において室内送風機２３の空気流れ下流側には、蒸発器３３、補助空気加熱器２２およびヒータコア２４が配置されている。補助空気加熱器２２およびヒータコア２４は、蒸発器３３よりも空気流れ下流側に配置されている。ヒータコア２４は、補助空気加熱器２２よりも空気流れ下流側に配置されている。

　ヒータコア２４は、エンジンを冷却するエンジン冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させて空気を加熱する空気加熱用熱交換器である。

　ケーシング５１内において蒸発器３３の空気流れ下流側には、冷風バイパス通路５２が形成されている。冷風バイパス通路５２は、蒸発器３３通過後の冷風が補助空気加熱器２２およびヒータコア２４を迂回して流れる通路である。

　蒸発器３３と補助空気加熱器２２およびヒータコア２４との間には、エアミックスドア５３が配置されている。エアミックスドア５３は、冷風バイパス通路５２と補助空気加熱器２２およびヒータコア２４側の通風路の開度を調整することにより、補助空気加熱器２２およびヒータコア２４に流入する冷風と冷風バイパス通路５２を通過する冷風との流量割合を調整する流量割合調整部である。

　エアミックスドア５３は、ケーシング５１に対して回転可能に支持された回転軸と、回転軸に結合されたドア基板部とを有する回転式ドアである。

　ケーシング５１内において、補助空気加熱器２２およびヒータコア２４を通過した温風と冷風バイパス通路５２を通過した冷風とが混合されて、車室内空間に吹き出される空調風の温度調整がなされる。したがって、エアミックスドア５３の開度位置を調整することによって、空調風の温度を所望温度に調整できる。

　ケーシング５１の空気流れ最下流部には、デフロスタ開口部５４、フェイス開口部５５、フット開口部５６Ａおよびリヤフット開口部５６Ｂが形成されている。

　デフロスタ開口部５４は、図示しないデフロスタダクトを介して、図示しないデフロスタ吹出口に接続されている。デフロスタ吹出口は車室内空間に配置されている。デフロスタ吹出口から車両窓ガラスの内面に向けて空調風が吹き出される。

　フェイス開口部５５は、図示しないフェイスダクトを介して、図示しないフェイス吹出口に接続されている。フェイス吹出口は車室内空間に配置されている。フェイス吹出口から乗員の上半身側に向けて空調風が吹き出される。

　フット開口部５６Ａは、図示しないフットダクトに接続されている。フットダクトは下方に向かって延びている。フットダクトの先端部のフット吹出口から前席乗員の足元部に向けて空調風が吹き出される。

　リヤフット開口部５６Ｂは、図示しないリヤフットダクトに接続されている。リヤフットダクトは車両後方へ延びている。リヤフットダクトの先端部のリヤフット吹出口から後席乗員の足元部に向けて空調風が吹き出される。

　デフロスタ開口部５４は、デフロスタドア５７によって開閉される。フェイス開口部５５、フット開口部５６Ａおよびリヤフット開口部５６Ｂは、フェイス・フットドア５８によって開閉される。

　フェイス・フットドア５８は、フット通路入口部５９を開閉することによって、フット開口部５６Ａおよびリヤフット開口部５６Ｂを開閉する。フット通路入口部５９は、フェイス開口部５５近傍からフット開口部５６Ａおよびリヤフット開口部５６Ｂに至る空気通路の入口部である。

　デフロスタドア５７およびフェイス・フットドア５８は、ケーシング５１に対して回転可能に支持された回転軸と、回転軸に結合されたドア基板部とを有する回転式ドアである。

　図３に示すように、補助空気加熱器２２は、冷却水が流れるチューブ２２１を有している。補助空気加熱器２２は、複数本のチューブ２２１の内部を流れる冷却水と、チューブ２２１の外部を流れる空気とを熱交換させる。

　図４に示すように、チューブ２２１の両端部の断面形状は正円形状になっている。図５に示すように、チューブ２２１のうち両端部同士の間の部位の断面形状は長円形状になっている。チューブ２２１のうち両端部同士の間の部位は、平坦な扁平面２２１ａを有している。

　図３に示すように、チューブ２２１のうち両端部同士の間の部位は、扁平面２２１ａ同士が向かい合うように屈曲している。図３の例では、チューブ２２１の屈曲部は１箇所であるが、図６に示すように、チューブ２２１の屈曲部は複数箇所あってもよい。

　図４、図５に示すように、チューブ２２１の内周面には、チューブ２２１の内方側に向かって突出する多数の突起部２２１ｂが形成されている。

　チューブ２２１の成形方法を説明する。まず、図７に示す円管部材２２１Ａを用意する。円管部材２２１Ａの断面形状は正円形状になっている。円管部材２２１Ａの内周面には、円管部材２２１Ａの内方側に向かって突出する多数の突起部２２１ｂが予め形成されている。

　次に、図８に示すように円管部材２２１Ａのうち両端部以外の部位を潰して扁平化する。これにより、円管部材２２１Ａのうち両端部以外の部位の断面形状が長円形状になり、円管部材２２１Ａのうち両端部以外の部位に平坦な扁平面２２１ａが形成される。

　このとき、円管部材２２１Ａの内周面において多数の突起部２２１ｂが支柱の役割を果たすことによって、円管部材２２１Ａのうち両端部以外の部位が潰れすぎることを防止できる。

　そして、円管部材２２１Ａのうち扁平面２２１ａが形成された部位を、扁平面２２１ａ同士が向かい合うように曲げ加工することによって、チューブ２２１が成形される。

　次に、車両用空調装置１０の電気制御部を図９に基づいて説明する。制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置６０は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。制御装置６０の出力側には各種制御対象機器が接続されている。制御装置６０は、各種制御対象機器の作動を制御する制御部である。

　制御装置６０によって制御される制御対象機器は、ポンプ２０、室内送風機２３、圧縮機３０、室内空調ユニット５０のエアミックスドア５３等である。

　制御装置６０の入力側には、内気温度センサ６１、外気温度センサ６２、日射センサ６３、蒸発器温度センサ６４、冷却水温度センサ６５、ヒータコア温度センサ６６等のセンサ群の検出信号が入力される。

　内気温度センサ６１は、内気の温度を検出する内気温度検出部である。外気温度センサ６２は、外気の温度を検出する外気温度検出部である。日射センサ６３は、車室内の日射量を検出する日射量検出部である。

　蒸発器温度センサ６４は、蒸発器３３から吹き出される吹出空気温度ＴＥを検出する蒸発器温度検出部である。具体的には、蒸発器温度センサ６４は、蒸発器３３の熱交換フィン温度を検出するフィンサーミスタである。蒸発器温度センサ６４は、蒸発器３３を流通する冷媒の温度を検出する冷却水温度センサであってもよい。

　冷却水温度センサ６５は、冷却水回路１１を流れる冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部である。

　ヒータコア温度センサ６６は、ヒータコア２４の温度を検出する熱交換器温度検出部である。例えば、ヒータコア温度センサ６６は、ヒータコア２４を流れるエンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサである。ヒータコア温度センサ６６は、ヒータコア２４の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタであってもよい。

　蒸発器温度センサ６４は、蒸発器３３から吹き出される吹出空気温度ＴＥ（実質的には、蒸発器温度）を検出する蒸発器温度検出部である。冷却水温度センサ６５は、エンジンＥＧから流出した冷却水の冷却水温度ＴＷを検出する冷却水温度検出部である。ヒータコア温度センサ６６は、ヒータコア２４から吹き出される吹出空気温度ＴＨ（実質的には、ヒータコア温度）を検出するヒータコア温度検出部である。

　蒸発器温度センサ６４は、具体的には、蒸発器３３の熱交換フィン温度を検出している。蒸発器温度センサ６４は、蒸発器３３のその他の部位の温度を検出する温度検出部であってもよい。蒸発器温度センサ６４は、蒸発器３３を流通する冷媒の温度を検出する温度検出部であってもよい。

　ヒータコア温度センサ６６は、具体的には、ヒータコア２４の熱交換フィン温度を検出している。ヒータコア温度センサ６６は、ヒータコア２４のその他の部位の温度を検出する温度検出部であってもよい。ヒータコア温度センサ６６は、ヒータコア２４を流通する冷却水の温度を検出する温度検出部であってもよい。

　制御装置６０の入力側には、操作パネル６９に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。例えば、操作パネル６９は、車室内前部の計器盤付近に配置されている。

　操作パネル６９に設けられた各種空調操作スイッチは、車室内温度設定スイッチ、オートスイッチ、エアコンスイッチ、風量設定スイッチおよび空調停止スイッチ等である。

　車室内温度設定スイッチは、乗員の操作によって車室内目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段である。オートスイッチは、空調の自動制御を設定または解除するスイッチである。エアコンスイッチは、冷房または除湿の作動・停止を切り替えるスイッチである。風量設定スイッチは、室内送風機から送風される風量を設定するスイッチである。空調停止スイッチは、空調を停止させるスイッチである。

　各スイッチは、機械的に押し込まれることによって電気接点を導通させる方式のプッシュスイッチでもよいし、静電パネル上の所定の領域に触れられることによって反応するタッチスクリーン方式でもよい。

　制御装置６０は、外気温度と車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯとに基づいて空調モードを決定する。目標吹出温度ＴＡＯは、内気の温度を速やかに乗員の所望の目標温度Ｔｓｅｔに近づけるために決定される値であって、下記数式Ｆ１により算出される。

　ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ－Ｋｒ×Ｔｒ－Ｋａｍ×Ｔａｍ－Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ　…Ｆ１
　この数式において、Ｔｓｅｔは車室内温度設定スイッチによって設定された車室内の目標温度であり、Ｔｒは内気温度センサ６１によって検出された内気温度であり、Ｔａｍは外気温度センサ６２によって検出された外気温度であり、Ｔｓは日射センサ６３によって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

　制御装置６０は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて目標蒸発器温度ＴＥＯを決定する。目標蒸発器温度ＴＥＯは、蒸発器３３における冷媒蒸発温度の目標値である。目標吹出温度ＴＡＯが上昇するに伴って、目標蒸発器温度ＴＥＯを上昇させる。

　制御装置６０は、蒸発器３３から吹き出される吹出空気温度ＴＥが目標蒸発器温度ＴＥＯに近づくように圧縮機３０の回転数を決定する。これにより、冷凍サイクル１２の冷媒流量が制御される。

　次に、上記構成における作動を説明する。エンジンが作動している状態において制御装置６０がポンプ２０および圧縮機３０を作動させると、過冷却用熱交換器２１が凝縮器３１から流出した液相冷媒を過冷却するので、冷凍サイクル１２のサイクル効率を向上できる。

　過冷却用熱交換器２１では、液相冷媒が冷却水回路１１の冷却水に放熱するので、冷却水回路１１の冷却水が加熱される。補助空気加熱器２２は、過冷却用熱交換器２１で加熱された冷却水と蒸発器３３通過後の冷風とを熱交換させて蒸発器３３通過後の冷風を加熱する。これにより、ヒータコア２４で蒸発器３３通過後の冷風を再加熱するために必要となる熱量を低減できる。

　制御装置６０がポンプ２０の回転数を制御することによって、過冷却用熱交換器２１および補助空気加熱器２２を流れる冷却水の流量が調節され、過冷却用熱交換器２１および補助空気加熱器２２の熱交換量が調節される。

　過冷却用熱交換器２１および補助空気加熱器２２を流れる冷却水の流量は、冷凍サイクル１２の冷媒流量に対して独立に制御される。そのため、過冷却用熱交換器２１および補助空気加熱器２２の熱交換量を適切に調節できるので、補助空気加熱器２２において車室内へ送風される空気を適切に加熱できる。

　補助空気加熱器２２における冷却水の熱伝達率は、過冷却用熱交換器２１における冷媒の熱伝達率と比較して非常に大きい。そのため、補助空気加熱器２２では、車室内へ送風される空気が、熱伝達率が非常に大きい冷却水と熱交換することとなる。したがって、補助空気加熱器２２の体格が小さくても必要な熱交換能力を確保できるので、補助空気加熱器２２の体格を小型化して室内空調ユニット５０の構成を簡素化できる。

　本実施形態では、過冷却用熱交換器２１は、高圧側熱交換器３１で放熱された冷媒と冷却水とを熱交換させることによって、高圧側熱交換器３１で放熱された冷媒を過冷却する。補助空気加熱器２２は、空調ケーシング５１の空気通路において蒸発器３３の空気流れ下流側かつヒータコア２４の空気流れ上流側に配置されている。ポンプ２０は、過冷却用熱交換器２１と補助空気加熱器２２との間で循環する冷却水の流量を調節する。

　これによると、補助空気加熱器２２において、過冷却用熱交換器２１で熱交換された熱量を利用して、車室内へ送風される空気を加熱できる。そして、ポンプ２０が、過冷却用熱交換器２１と補助空気加熱器２２との間で循環する冷却水の流量を調節するので、補助空気加熱器２２において、車室内へ送風される空気を適切に加熱することが可能になる。

　冷却水の熱伝達率は、過冷却用熱交換器２１における冷媒の熱伝達率よりも大きいので、補助空気加熱器２２の体格を小型化しても必要な熱交換量を得ることができる。冷却水の熱伝達率は、過冷却用熱交換器２１における冷媒の熱伝達率よりも大きいので、補助空気加熱器２２の通風抵抗を小さくするために補助空気加熱器２２の空気通路を拡大しても必要な熱交換量を得ることができる。

　本実施形態では、制御装置６０は、蒸発器３３で冷却された空気を加熱するために必要な熱量が多くなるにつれて、補助空気加熱器２２を流れる冷却水の流量が増加するようにポンプ２０の作動を制御する。

　これによると、蒸発器３３で冷却された空気を加熱するために必要な熱量が多い場合、補助空気加熱器２２における熱交換量が増加するので、ヒータコア２４における空気の加熱量が増加することを抑制できる。

　蒸発器３３で冷却された空気を加熱するために必要な熱量が多い場合とは、例えば暖房負荷が高い場合である。暖房負荷が高い場合とは、例えば目標吹出温度ＴＡＯが高い場合である。目標吹出温度ＴＡＯが高い場合とは、例えば外気温度が低い場合である。

　外気温度が低い場合、蒸発器３３に要求される除湿能力が低くなるため、制御装置６０は圧縮機３０の回転数を低くして冷凍サイクル１２の冷媒流量を少なくする。このとき、補助空気加熱器２２における熱交換量を増加させることによって、冷凍サイクル１２の効率を向上できる。

　本実施形態では、制御装置６０は、蒸発器３３で冷却された空気を加熱するために必要な熱量が少なくなるにつれて、補助空気加熱器２２を流れる冷却水の流量が減少するようにポンプ２０の作動を制御する。

　これによると、蒸発器３３で冷却された空気を加熱するために必要な熱量が少ない場合、補助空気加熱器２２における熱交換量が減少するので、蒸発器３３で冷却された空気を補助空気加熱器２２で過剰に加熱してしまうことを抑制できる。

　蒸発器３３で冷却された空気を加熱するために必要な熱量が少ない場合とは、例えば暖房負荷が低い場合である。暖房負荷が低い場合とは、例えば目標吹出温度ＴＡＯが低い場合である。目標吹出温度ＴＡＯが低い場合とは、例えば外気温度が高い場合である。

　外気温度が高い場合、蒸発器３３に要求される除湿能力が高くなるため、制御装置６０は圧縮機３０の回転数を高くして冷凍サイクル１２の冷媒流量を多くする。このとき、補助空気加熱器２２における熱交換量を減少させることによって、蒸発器３３で冷却された空気を補助空気加熱器２２で過剰に加熱してしまうことを抑制できる。

　例えば、最大冷房時に、蒸発器３３で冷却された空気が補助空気加熱器２２で過剰に再加熱されて目標吹出温度ＴＡＯよりも高温になってしまうことを抑制できる。

　本実施形態では、制御装置６０は、冷媒の流量が多くなるにつれて、過冷却用熱交換器２１を流れる冷却水の流量が減少するようにポンプ２０の作動を制御する。これによると、冷媒の流量が多い場合、過冷却用熱交換器２１における熱交換量が過剰になることを抑制できる。

　本実施形態では、制御装置６０は、冷媒の流量が少なくなるにつれて、過冷却用熱交換器を流れる冷却水の流量が増加するようにポンプ２０の作動を制御する。これによると、冷媒の流量が少ない場合、過冷却用熱交換器における熱交換量が不足することを抑制できる。

　本実施形態では、チューブ２２１のうち、その両端部間に位置する部位は、扁平面２２１aを有する扁平形状になっており、且つ扁平面同士が向かい合いように屈曲した形状になっている。

　このようなチューブ２２１は、非常に容易な加工によって成形可能である。また、チューブ２２１の両端部の断面形状は正円形状になっているので、冷却水回路１１の冷却水ホースをチューブ２２１に接続する作業が非常に簡単である。

　本実施形態では、チューブ２２１のうち、その両端部間に位置する部位の内面には突起部２２１ｂが形成されている。これによると、突起部２２１ｂによってチューブ２２１内面の表面積が拡大されるので、チューブ２２１の伝熱面積を拡大できる。また、チューブ２２１を扁平形状に加工するときに突起部２２１ｂが支柱の役割を果たすので、チューブ２２１が潰れすぎて不良成形品となることを抑制できる。

　（第２実施形態）
　上記実施形態では、補助空気加熱器２２は、ケーシング５１内においてエアミックスドア５３とヒータコア２４との間に配置されているが、本実施形態では、図１０に示すように、補助空気加熱器２２は、ケーシング５１内において蒸発器３３とエアミックスドア５３との間に配置されている。本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

　（第３実施形態）
　本実施形態では、図１１に示すように、冷凍サイクル１２において、圧縮機３０の冷媒吐出側かつ凝縮器３１の冷媒入口側に高圧側熱交換器７０が配置されている。

　高圧側熱交換器７０は、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒とヒータコア冷却水回路７１の冷却水とを熱交換させることによって高圧冷媒を凝縮させる熱交換器である。

　ヒータコア冷却水回路７１は、ヒータコアポンプ７２を有している。ヒータコアポンプ７２は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。ヒータコアポンプ７２は、エンジンの駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプであってもよい。

　本実施形態では、ヒータコア２４は、ヒータコア冷却水回路７１において高圧側熱交換器７０で加熱された冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させて空気を加熱する。

　本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

　（第４実施形態）
　本実施形態では、図１２に示すように、冷却水回路１１にエンジン冷却回路７４を接続可能になっている。

　エンジン冷却回路７４は、エンジン７５、エンジンポンプ７６、ラジエータ７７、サーモスタット７８を有している。エンジン７５は、暖機を必要とする暖機対象機器である。エンジンポンプ７６は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。エンジンポンプ７６は、エンジン７５の駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプであってもよい。

　ラジエータ７７は、冷却水と外気とを熱交換させる熱交換器である。サーモスタット７８は冷却水温度応動弁である。冷却水温度応動弁は、温度によって体積変化するサーモワックスによって弁体を変位させて冷却水流路を開閉する機械的機構を備える弁である。

　エンジン冷却回路７４は、切替弁７９を介して冷却水回路１１に接続されている。切替弁７９は、エンジン冷却回路７４と冷却水回路１１とを流体的に接続する状態と、流体的に遮断する状態とを切り替える。切替弁７９の作動は、制御装置６０によって制御される。切替弁７９は、エンジン７５を流れる冷却水の流量を調節するエンジン流量調節部である。切替弁７９は、暖機対象機器を流れる冷却水の流量を調節する機器流量調節部である。

　本実施形態では、過冷却用熱交換器２１で冷媒から放熱された熱を利用してエンジン７５を暖機できる。

　エンジン冷却回路７４にＥＧＲクーラが配置されていてもよい。ＥＧＲクーラは、エンジンの吸気側に戻される排気ガスと冷却水とを熱交換して排気ガスを冷却する熱交換器である。

　ＥＧＲクーラでは、排気再循環ガスによって冷却水が加熱される。そのため、ＥＧＲクーラで加熱された冷却水を暖房等に利用することが可能である。すなわち、排気再循環ガスの熱を暖房等に利用することが可能である。

　しかしながら、ＥＧＲクーラに流入する冷却水の温度が低すぎると、ＥＧＲクーラで排気再循環ガスが冷却される際に凝縮水が発生するので腐食が発生しやすくなる。そのため、冷却水の温度がある程度上昇するまでは、ＥＧＲクーラに冷却水を流入させることができないので排気再循環ガスの熱を暖房等に利用できないのみならず、冷却水による排気ガスの冷却ができないため、排気ガスをエンジンに再循環させることができずに燃費向上効果を得ることもできない。

　すなわち、ＥＧＲクーラは、流入する冷却水が所定温度以上であることが要求される。このような機器に対しては、所定温度以上の冷却水を早期に流入させることが望ましい。したがって、ＥＧＲクーラは、暖機を必要とする暖機対象機器である。

　エンジン冷却回路７４にＥＧＲクーラが配置されている場合、過冷却用熱交換器２１で冷媒から放熱された熱を利用してＥＧＲクーラを暖機できる。

　本実施形態では、制御装置６０は、冷凍サイクル１２の冷媒の流量が多くなるにつれて、エンジン７５等の暖機対象機器を流れる冷却水の流量が増加するように切替弁７９の作動を制御する。

　これによると、冷凍サイクル１２の冷媒の流量が多くて過冷却用熱交換器２１における熱交換量を多く確保できる場合、エンジン７５等の暖機対象機器の暖機能力を高くできる。エンジン７５の暖機能力を高くすることによって燃費を向上させることができる。

　（第５実施形態）
　本実施形態では、図１３に示すように、凝縮器３１は、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒と、凝縮器冷却水回路８０の冷却水とを熱交換させる。蒸発器３３は、膨張弁３２で減圧膨張された低圧冷媒と蒸発器冷却水回路８５の冷却水とを熱交換させる。

　凝縮器冷却水回路８０には、凝縮器ポンプ８１および第２ラジエータ８２が配置されている。凝縮器ポンプ８１は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。凝縮器ポンプ８１は、エンジン７５の駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプであってもよい。第２ラジエータ８２は、凝縮器冷却水回路８０の冷却水と外気とを熱交換させる熱交換器である。

　これにより、凝縮器３１の凝縮部３１ａおよび過冷却部３１ｃと第２ラジエータ８２との間で冷却水が循環する。

　蒸発器冷却水回路８５には、蒸発器ポンプ８６およびクーラコア８７が配置されている。蒸発器ポンプ８６は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。蒸発器ポンプ８６は、エンジン７５の駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプであってもよい。

　クーラコア８７は、凝縮器冷却水回路８０の冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させる熱交換器である。本実施形態では、蒸発器３３の代わりにクーラコア８７が室内空調ユニット５０のケーシング５１に収容されている。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

　（１）上記各実施形態では、冷却水回路１１を循環する冷却水として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を冷却水として用いてもよい。

　冷却水として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。ナノ粒子を冷却水に混入させることで、エチレングリコールを用いた冷却水（いわゆる不凍液のように凝固点を低下させる作用効果に加えて、次のような作用効果を得ることができる。

　すなわち、特定の温度帯での熱伝導率を向上させる作用効果、冷却水の熱容量を増加させる作用効果、金属配管の防食効果やゴム配管の劣化を防止する作用効果、および極低温での冷却水の流動性を高める作用効果を得ることができる。

　このような作用効果は、ナノ粒子の粒子構成、粒子形状、配合比率、付加物質によって様々に変化する。

　これによると、熱伝導率を向上させることができるので、エチレングリコールを用いた冷却水と比較して少ない量の熱媒体であっても同等の冷却効率を得ることが可能になる。

　また、熱媒体の熱容量を増加させることができるので、熱媒体自体の蓄冷熱量を増加させることができる。熱媒体自体の蓄冷熱量は、顕熱による蓄冷熱量である。

　蓄冷熱量を増加させることにより、圧縮機３０を作動させない状態であっても、ある程度の時間は蓄冷熱を利用した機器の冷却、加熱の温調が実施できるため、車両用空調装置１０の省動力化が可能になる。

　ナノ粒子のアスペクト比は５０以上であるのが好ましい。十分な熱伝導率を得ることができるからである。なお、アスペクト比は、ナノ粒子の縦×横の比率を表す形状指標である。

　ナノ粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＣのいずれかを含むものを用いることができる。具体的には、ナノ粒子の構成原子として、Ａｕナノ粒子、Ａｇナノワイヤー、カーボンナノチューブ（いわゆるＣＮＴ）、グラフェン、グラファイトコアシェル型ナノ粒子、およびＡｕナノ粒子含有ＣＮＴなどを用いることができる。グラファイトコアシェル型ナノ粒子とは、上記原子を囲むようにカーボンナノチューブ等の構造体があるような粒子体のことである。

　（２）上記各実施形態の冷凍サイクル１２では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。

　（３）上記各実施形態の冷凍サイクル１２は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

　（４）上述の各実施形態では、車両用空調装置１０について説明したが、これに限定されず、例えば、上記実施形態を据置型の空調装置に変形可能である。

Claims

　冷媒を吸入して吐出する圧縮機（３０）と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を放熱させる高圧側熱交換器（３１）と、前記高圧側熱交換器で放熱された前記冷媒と熱媒体とを熱交換させることによって、前記高圧側熱交換器で放熱された前記冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器（２１）とを有する冷凍サイクル（１２）と、
　空調対象空間へ吹き出される空気が流れる空気通路を形成する空調ケーシング（５１）と、
　前記空気通路に空気を送風する送風機（２３）と、
　前記空気通路に配置され、前記空気を冷却する空気冷却器（３３、８７）と、
　前記空気通路において前記空気冷却器の空気流れ下流側に配置され、前記空気冷却器で冷却された前記空気を加熱する空気加熱器（２４）と、
　前記空気通路において前記空気冷却器の空気流れ下流側かつ前記空気加熱器の空気流れ上流側に配置され、前記空気冷却器で冷却された前記空気を前記熱媒体と熱交換させて加熱する補助空気加熱器（２２）と、
　前記過冷却用熱交換器と前記補助空気加熱器との間で循環する前記熱媒体の流量を調節する流量調節部（２０）とを備える空調装置。
　前記空気冷却器（３３、８７）で冷却された前記空気を加熱するために必要な熱量が多くなるにつれて、前記補助空気加熱器を流れる前記熱媒体の流量が増加するように前記流量調節部（２０）の作動を制御する制御部（６０）を備える請求項１に記載の空調装置。
　前記空気冷却器（３３、８７）で冷却された前記空気を加熱するために必要な熱量が少なくなるにつれて、前記補助空気加熱器を流れる前記熱媒体の流量が減少するように前記流量調節部（２０）の作動を制御する制御部（６０）を備える請求項１に記載の空調装置。
　前記冷媒の流量が多くなるにつれて、前記過冷却用熱交換器を流れる前記熱媒体の流量が減少するように前記流量調節部（２０）の作動を制御する制御部（６０）を備える請求項１に記載の空調装置。
　前記冷媒の流量が少なくなるにつれて、前記過冷却用熱交換器を流れる前記熱媒体の流量が増加するように前記流量調節部（２０）の作動を制御する制御部（６０）を備える請求項１に記載の空調装置。
　前記過冷却用熱交換器で熱交換された前記熱媒体は、暖機を必要とする暖機対象機器（７５）に流れるようになっており、
　前記暖機対象機器を流れる前記熱媒体の流量を調節する機器流量調節部（７９）と、
　前記冷媒の流量が多くなるにつれて、前記暖機対象機器を流れる前記熱媒体の流量が増加するように前記機器流量調節部（７９）の作動を制御する制御部（６０）とを備える請求項１に記載の空調装置。
　前記過冷却用熱交換器で熱交換された前記熱媒体は、エンジン（７５）に流れるようになっており、
　前記エンジンを流れる前記熱媒体の流量を調節するエンジン流量調節部（７９）と、
　前記冷媒の流量が多くなるにつれて、前記エンジンを流れる前記熱媒体の流量が増加するように前記エンジン流量調節部（７９）の作動を制御する制御部（６０）とを備える請求項１に記載の空調装置。
　前記補助空気加熱器は、内部に前記熱媒体が流れるチューブ（２２１）を有しており、
　前記チューブ（２２１）のうち、その両端部同士の間に位置する部位は、扁平面（２２１）を有する扁平形状になっており、且つ前記扁平面同士が向かい合いように屈曲した形状になっている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の空調装置。
前記チューブ（２２１）のうち前記両端部間に位置する部位の内面には突起部（２２１ｂ）が形成されている請求項８に記載の空調装置。