JP2020199850A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房時に空調用熱媒体の排熱を促し、運転効率の向上を図る。【解決手段】周囲を通過する外気と内部を通過する空調用熱媒体との間で熱交換を行なう熱交換器１３と、内部を個別に通過する空調用熱媒体と冷却用熱媒体との間で熱交換を行なう熱交換器４３と、を備える。冷房時には、膨張弁３７、蒸発器１５、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、及び熱交換器１３を順に経由するように、空調用熱媒体を循環させる。また、熱交換器４３、及びラジエータ４２を順に経由するように、冷却用熱媒体を循環させる。【選択図】図６

Description

本発明は、車両用空気調和装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、空調用熱媒体を循環させ、ヒートポンプによって車室内の温度を調整する車両用空気調和装置と、冷却用熱媒体を循環させてバッテリを冷却する冷却装置と、を備えたものがある。そして、空調用熱媒体が低圧となる流路に熱交換器を配置し、暖房運転によって低温になった空調用熱媒体と、バッテリの冷却によって高温になった冷却用熱媒体との熱交換を行なうことにより、バッテリの排熱を回収し、車室内の暖房に有効利用している。

特開２０１８−１８４１０８号公報

空調用熱媒体と冷却用熱媒体との熱交換を行なうために、空調用熱媒体が低圧となる流路に熱交換器を配置すると、バッテリの排熱を暖房に利用することしかできず、逆に冷房時には、空調用熱媒体の排熱を促すことができない。
本発明の課題は、冷房時に空調用熱媒体の排熱を促し、運転効率の向上を図ることである。
本発明の課題は、空調能力の安定性を向上させることである。

本発明の一態様に係る車両用空気調和装置は、
車室内へ空気を供給する供給流路に設けられ、周囲を通過する空気と内部を通過する空調用熱媒体との間で熱交換を行ない、空調用熱媒体に吸熱させる蒸発器と、
供給流路のうち蒸発器よりも下流側に設けられ、周囲を通過する空気と内部を通過する空調用熱媒体との間で熱交換を行ない、空調用熱媒体に放熱させる凝縮器と、
周囲を通過する外気と内部を通過する空調用熱媒体との間で熱交換を行なう第一の熱交換器と、
空調用熱媒体を圧縮する圧縮機と、
冷房時に空調用熱媒体を膨張させる冷房時膨張弁と、
暖房時に空調用熱媒体を膨張させる暖房時膨張弁と、
発熱体を冷却するための冷却用熱媒体が内部を通過し、周囲を通過する外気との間で熱交換を行なう放熱用熱交換器と、
内部を個別に通過する空調用熱媒体と冷却用熱媒体との間で熱交換を行なう第二の熱交換器と、
冷房時に、冷房時膨張弁、蒸発器、圧縮機、凝縮器、第二の熱交換器、及び第一の熱交換器を順に経由するように、空調用熱媒体を循環させる冷房時空調用経路と、
暖房時に、圧縮機、凝縮器、第二の熱交換器、暖房時膨張弁、及び第一の熱交換器を順に経由するように、空調用熱媒体を循環させる暖房時空調用経路と、
冷房時に、第二の熱交換器、及び放熱用熱交換器を順に経由するように、冷却用熱媒体を循環させる冷房時冷却用経路と、を備える。

本発明によれば、第二の熱交換器により、冷房時に、蒸発器、及び圧縮機を順に通過して高温高圧になった空調用熱媒体と、放熱用熱交換器を通過して低温になった冷却用熱媒体との熱交換が行なわれる。また、第二の熱交換器を通過して高温になった冷却用熱媒体は、放熱用熱交換器で外気と熱交換されて低温になる。このように、冷房時に空調用熱媒体の排熱が促され、運転効率の向上を図ることができる。

車両用空気調和装置を示す図である。 暖房運転を示す図である。 冷凍サイクルを表すｐ−ｈ線図である。 第２実施形態を示す図である。 第２実施形態の暖房運転を示す図である。 第２実施形態の冷房運転を示す図である。 第３実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《第１実施形態》
《構成》
図１は、車両用空気調和装置の一部を示す図である。
車両用空気調和装置１１は、自動車に搭載されるヒートポンプシステムからなり、車室側に設けられた室内熱交換ユニット１２（供給流路）と、車室外に設けられた熱交換器１３（第一の熱交換器）と、を備える。車室側と車室外とは、例えばダッシュパネルによって隔てられている。
室内熱交換ユニット１２は、ダッシュボードの内部に配置されており、一端側から外気や内気を導入し、他端側から車室内へ空気を供給するダクトによって形成されている。室内熱交換ユニット１２は、ＨＶＡＣ（Heating Ventilation and Air Conditioning）とも呼ばれる。室内熱交換ユニット１２の内部には、送風ファン１４と、蒸発器１５と、凝縮器１６と、エアミックスダンパ１７と、ヒータ１８と、が設けられている。

送風ファン１４は、室内熱交換ユニット１２の一端側に設けられており、モータによって駆動されるときに、外気や内気を吸引し、他端側へと吐出する。
蒸発器１５は、送風ファン１４よりも下流側に設けられており、吸熱器及び除湿器として、放熱フィンの周囲を通過する空気とチューブ内を通過する低温の空調用熱媒体（冷媒）との間で熱交換を行なう。すなわち、チューブ内の空調用熱媒体が吸熱によって蒸発気化することにより、放熱フィンの周囲の空気を冷却すると共に、放熱フィンの表面に結露を生じさせて除湿を行なう。送風ファン１４から吹き出された空気は、全て蒸発器１５を通過する。

凝縮器１６は、蒸発器１５よりも下流側に設けられており、放熱器として、放熱フィンの周囲を通過する空気とチューブ内を通過する高温の空調用熱媒体（熱媒）との間で熱交換を行なう。すなわち、チューブ内の空調用熱媒体が放熱によって凝縮液化することにより、放熱フィンの周囲の空気を加温する。凝縮器１６は、室内熱交換ユニット１２の断面のうち、略半分を塞ぐように配置されることで、凝縮器１６を通過する流路と、凝縮器１６を迂回する流路と、が形成されている。すなわち、蒸発器１５を通過した空気の一部が凝縮器１６を通過し、残りが凝縮器１６を迂回する。

エアミックスダンパ１７は、凝縮器１６を通過する流路を開放して凝縮器１６を迂回する流路を閉鎖する位置と、凝縮器１６を通過する流路を閉鎖して凝縮器１６を迂回する流路を開放する位置と、の間で回動可能である。エアミックスダンパ１７が凝縮器１６を通過する流路を開放して凝縮器１６を迂回する流路を閉鎖する位置にあるときには、蒸発器１５を通過した空気は全て凝縮器１６を通過する。エアミックスダンパ１７が凝縮器１６を通過する流路を閉鎖して凝縮器１６を迂回する流路を開放する位置にあるときには、蒸発器１５を通過した空気は全て凝縮器１６を迂回する。エアミックスダンパ１７が凝縮器１６を通過する流路と凝縮器１６を迂回する流路の双方を開放する位置にあるときには、蒸発器１５を通過した空気のうち、一部が凝縮器１６を通過し、残りが凝縮器１６を迂回する。そして、凝縮器１６の下流側で、凝縮器１６を通過した空気と、凝縮器１６を迂回した空気とが混合される。
ヒータ１８は、例えば温度によって抵抗値が変化するＰＴＣヒータ（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）であり、凝縮器１６の風下側に設けられ、凝縮器１６を通過した空気は、全てヒータ１８を通過する。ヒータ１８は、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能であり、ＯＮのときに通過する空気を加温する。

熱交換器１３は、エンジンルーム内又はモータルーム内に設けられており、放熱フィンの周囲を通過する外気とチューブ内を通過する空調用熱媒体との間で熱交換を行なう。外気とは主に走行風であるが、十分な走行風が得られないときは、図示しない送風機が駆動されることで、放熱フィンに対して外気が送風される。
運転モードを暖房とするときには、熱交換器１３を蒸発器、つまり吸熱器として機能させ、放熱フィンの周囲を通過する外気とチューブ内を通過する低温の空調用熱媒体（冷媒）との間で熱交換を行なう。すなわち、チューブ内の空調用熱媒体に吸熱させ、蒸発気化させる。
運転モードを冷房とするときには、熱交換器１３を凝縮器、つまり放熱器として機能させ、放熱フィンの周囲を通過する外気とチューブ内を通過する高温の空調用熱媒体（熱媒）との間で熱交換を行なう。すなわち、チューブ内の空調用熱媒体に放熱させ、凝縮液化させる。

次に、空調用熱媒体を循環させる基本的な回路構成について説明する。
凝縮器１６の出口は、流路２１を介して熱交換器１３の入口に連通している。流路２１には、膨張弁３１（暖房時膨張弁）が設けられている。
膨張弁３１は、液相である高圧の空調用熱媒体を霧状にして吹き出すことにより、気化しやすい低圧の空調用熱媒体に減圧するものであり、開度が全閉から全開まで調整可能である。
熱交換器１３の出口は、流路２２を介して凝縮器１６の入口に連通している。流路２２には、熱交換器１３の側から凝縮器１６の側に向かって、開閉弁３２、逆止弁３３、アキュムレータ３４、及び圧縮機３５が、順に設けられている。

開閉弁３２は、流路２２を開放又は閉鎖する。
逆止弁３３は、開閉弁３２の側からアキュムレータ３４の側への通過を許容し、逆方向の通過を阻止する。
アキュムレータ３４は、空調用熱媒体の気液分離を行ない、気相の空調用熱媒体だけを圧縮機３５へと供給する。
圧縮機３５は、気相である低圧の空調用熱媒体を圧縮することにより、液化しやすい高圧の空調用熱媒体に昇圧させるものであり、空調用熱媒体と共に循環するオイルによって潤滑が行なわれる給油式である。例えば、ロータリー圧縮機、斜板式圧縮機、スクロール圧縮機等である。空調用熱媒体に対するオイル濃度は数％程度である。圧縮機３５の駆動源は、エンジンや電動モータである。

流路２１のうち、熱交換器１３と膨張弁３１との間には分岐点があり、この分岐点は、流路２３を介して蒸発器１５の入口に連通している。流路２３には、分岐点の側から蒸発器１５の側に向かって、開閉弁３６、及び膨張弁３７（冷房時膨張弁）が、順に設けられている。
開閉弁３６は、流路２３を開放又は閉鎖する。
膨張弁３７は、液相である高圧の空調用熱媒体を霧状にして吹き出すことにより、気化しやすい低圧の空調用熱媒体に減圧するものであり、開度が全閉から全開まで調整可能である。

流路２２のうち、熱交換器１３と開閉弁３２との間には分岐点があり、また流路２３のうち、開閉弁３６と膨張弁３７との間には分岐点があり、これら分岐点同士は、流路２４を介して連通している。流路２４には、逆止弁３８が設けられている。
逆止弁３８は、流路２２の側から流路２３の側への通過を許容し、逆方向の通過を阻止する。
流路２２のうち、開閉弁３２と逆止弁３３との間には分岐点があり、この分岐点は、流路２５を介して蒸発器１５の出口に連通している。

次に、付加的な回路構成について説明する。
自動車には、発熱する発熱体４１が搭載されている。発熱体４１とは、エンジン自動車であればエンジン、電気自動車であればモータ、インバータ等であり、冷却用熱媒体によって冷却される。冷却用熱媒体は、例えば水であるが、冷媒やクーラント等、他の流体を用いてもよい。
車両用空気調和装置１１は、熱交換器４３（第二の熱交換器）を備える。
熱交換器４３は、内部を個別に通過する空調用熱媒体と冷却用熱媒体との間で熱交換を行なう。

熱交換器４３のうち、空調用熱媒体が通過する流路の入口は、凝縮器１６の出口に連通し、空調用熱媒体が通過する流路の出口は、膨張弁３１の入口に連通する。
熱交換器４３のうち、冷却用熱媒体が通過する流路の出口は、流路５１を介して発熱体４１の入口に連通し、冷却用熱媒体が通過する流路の入口は、流路５２を介して発熱体４１の出口に連通する。

流路５１には、発熱体４１の側から熱交換器４３の側に向かって、ポンプ４４、及びリザーバタンク４５が、順に設けられている。
ポンプ４４は、冷却用熱媒体を熱交換器４３の側から吸入し、ラジエータ４２の側へ吐出する。
リザーバタンク４５は、回路内の圧力を調整する働きがあり、冷却用熱媒体の液量を点検したり補給したりする際にも用いられる。

次に、運転モードについて説明する。
［暖房運転］
図２は、暖房運転を示す図である。
図中、低圧の空調用熱媒体が通過する流路を太い点線で示し、高圧の空調用熱媒体が通過する流路を太い実線で示し、開放された開閉弁を白抜きで示し、閉鎖された開閉弁を黒塗りで示している。また、冷却用熱媒体が通過する流路を太い破線で示す。
運転モードが暖房であるときには、膨張弁３１を僅かに解放し、開閉弁３２を開放し、開閉弁３６を閉鎖し、膨張弁３７を閉鎖した状態で、圧縮機３５を駆動する。また、ポンプ４４を駆動する。

これにより、空調用熱媒体は、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、熱交換器１３、開閉弁３２、逆止弁３３、及びアキュムレータ３４を順に経由して循環する。このとき、流路２１及び流路２２を含め、空調用熱媒体の循環する経路が、暖房時空調用経路である。この循環経路において、気相の空調用熱媒体は、圧縮機３５で圧縮され高圧となり、凝縮器１６で放熱することで凝縮液化し、低温になる。液相の空調用熱媒体は、熱交換器４３で吸熱することで高温になり、膨張弁３１で膨張され低圧となり、熱交換器１３でさらに吸熱することで蒸発気化し、さらに高温になる。

また、冷却用熱媒体は、ポンプ４４、発熱体４１、熱交換器４３、及びリザーバタンク４５を順に経由して循環する。このとき、流路５２、及び流路５１を含め、冷却用熱媒体の循環する経路が、暖房時冷却用経路である。この循環経路において、冷却用熱媒体は、発熱体４１で吸熱することで高温となり、熱交換器４３で放熱することで低温となる。
一方、室内熱交換ユニット１２では、送風ファン１４を駆動すると共に、エアミックスダンパ１７で凝縮器１６を通過する流路を開放する。これにより、導入された空気が凝縮器１６で加温され、温かい空気が車室内に供給される。また、ヒータ１８を駆動すると、さらに加温される。

《作用》
次に、第１実施形態の主要な作用効果について説明する。
空調用熱媒体と冷却用熱媒体との熱交換を行なうために、空調用熱媒体が低圧となる流路に熱交換器を配置することが考えられる。しかしながら、空調用熱媒体と冷却用熱媒体との温度差が大きくなり過ぎることがある。そのため、熱移動が増大し、圧縮機の吐出圧が高くなり過ぎたり、空調用熱媒体の相転移が過敏になり過ぎたりして、空調能力の安定性に影響を与える可能性がある。

そこで、空調用熱媒体と冷却用熱媒体との熱交換を行なう熱交換器４３を、凝縮器１６と膨張弁３１との間、つまり凝縮器１６の出口側に配置した。これにより、暖房時には、凝縮器１６を通過して低温になった高圧の空調用熱媒体と、冷却用熱媒体との間で熱交換が行なわれる。すなわち、空調用熱媒体と冷却用熱媒体との熱交換を行なう熱交換器４３は、空調用熱媒体が高圧となる流路に配置される。これにより、空調用熱媒体と冷却用熱媒体との温度差が大きくなり過ぎることを抑制できる。したがって、圧縮機の吐出圧が高くなり過ぎたり、空調用熱媒体の相転移が過敏になり過ぎたりすることを抑制し、空調能力の安定性を向上させることができる。

また、暖房時には、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、及び熱交換器１３を順に経由するように、空調用熱媒体を循環させる。また、発熱体４１、及び熱交換器４３を順に経由するように、冷却用熱媒体を循環させる。これにより、凝縮器１６を通過して低温になった空調用熱媒体と、発熱体４１を通過して高温になった冷却用熱媒体との間で熱交換が行なわれる。

図３は、冷凍サイクルを表すｐ−ｈ線図である。
凝縮器１６を通過した空調用熱媒体は、Ｔ１まで温度が低下するが、高温の冷却用熱媒体との熱交換によってＴ２まで温度を上昇させることができる。このように、発熱体４１の排熱を回収し、車室内の暖房に有効利用することができる。さらに、着霜を抑制し、暖房能力の向上を図ることができる。なお、Ｔ１は例えば４０〜５０度ほどであるが、空調用熱媒体の温度をＴ１から上昇させるために、冷却用熱媒体がＴ１よりも高温でなければならない。したがって、エンジン自動車であればエンジン、電気自動車であればモータ、インバータ等、高温になる発熱体４１を想定している。

《第２実施形態》
《構成》
第２実施形態は、冷房時に空調用熱媒体の排熱を行ない、運転効率を向上させるものである。
ここでは、冷房時に空調用熱媒体の排熱を行なう構成を追加したことを除いては、前述した第１実施形態と同様であるため、共通する部分については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４は、第２実施形態を示す図である。
車両用空気調和装置１１は、ラジエータ４２（放熱用熱交換器）を備える。
ラジエータ４２は、熱交換器１３の風下側に配置され、内部を通過する冷却用熱媒体と周囲を通過する外気との間で熱交換を行ない、チューブ内の冷却用熱媒体に放熱させる。
流路５２のうち、発熱体４１とポンプ４４との間には分岐点があり、この分岐点は、流路５３を介してラジエータ４２の入口に連通している。また、流路５２のうち、発熱体４１と熱交換器４３との間には分岐点があり、この分岐点は、流路５４を介してラジエータ４２の出口に連通している。発熱体４１とポンプ４４との間の分岐点には、三方弁４６が設けられている。
三方弁４６は、ポンプ４４から送られてきた冷却用熱媒体を、発熱体４１に送るか、ラジエータ４２に送るか、何れか一方に切り換える。

次に、各運転モードについて説明する。
［暖房運転］
図５は、第２実施形態の暖房運転を示す図である。
図中、低圧の空調用熱媒体が通過する流路を太い点線で示し、高圧の空調用熱媒体が通過する流路を太い実線で示し、開放された開閉弁を白抜きで示し、閉鎖された開閉弁を黒塗りで示している。また、冷却用熱媒体が通過する流路を太い破線で示す。
運転モードが暖房であるときには、膨張弁３１を僅かに解放し、開閉弁３２を開放し、開閉弁３６を閉鎖し、膨張弁３７を閉鎖した状態で、圧縮機３５を駆動する。また、三方弁４６の出口を発熱体４１の側に切り替えた状態で、ポンプ４４を駆動する。

これにより、空調用熱媒体は、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、熱交換器１３、開閉弁３２、逆止弁３３、及びアキュムレータ３４を順に経由して循環する。このとき、流路２１及び流路２２を含め、空調用熱媒体の循環する経路が、暖房時空調用経路である。この循環経路において、気相の空調用熱媒体は、圧縮機３５で圧縮され高圧となり、凝縮器１６で放熱することで凝縮液化し、低温になる。液相の空調用熱媒体は、熱交換器４３で吸熱することで高温になり、膨張弁３１で膨張され低圧となり、熱交換器１３でさらに吸熱することで蒸発気化し、さらに高温になる。

また、冷却用熱媒体は、ポンプ４４、三方弁４６、発熱体４１、熱交換器４３、及びリザーバタンク４５を順に経由して循環する。このとき、流路５２、及び流路５１を含め、冷却用熱媒体の循環する経路が、暖房時冷却用経路である。この循環経路において、冷却用熱媒体は、発熱体４１で吸熱することで高温となり、熱交換器４３で放熱することで低温となる。
一方、室内熱交換ユニット１２では、送風ファン１４を駆動すると共に、エアミックスダンパ１７で凝縮器１６を通過する流路を開放する。これにより、導入された空気が凝縮器１６で加温され、温かい空気が車室内に供給される。また、ヒータ１８を駆動すると、さらに加温される。

［冷房運転］
図６は、第２実施形態の冷房運転を示す図である。
図中、低圧の空調用熱媒体が通過する流路を太い点線で示し、高圧の空調用熱媒体が通過する流路を太い実線で示し、開放された開閉弁を白抜きで示し、閉鎖された開閉弁を黒塗りで示している。また、冷却用熱媒体が通過する流路を太い破線で示す。
運転モードが冷房であるときには、膨張弁３１を全開放し、開閉弁３２を閉鎖し、開閉弁３６を閉鎖し、膨張弁３７を僅かに解放した状態で、圧縮機３５を駆動する。また、三方弁４６の出口をラジエータ４２の側に切り替えた状態で、ポンプ４４を駆動する。

これにより、空調用熱媒体は、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、熱交換器１３、逆止弁３８、膨張弁３７、蒸発器１５、逆止弁３３、及びアキュムレータ３４を順に経由して循環する。このとき、流路２１、流路２２の一部、流路２４、流路２３の一部、及び流路２５を含め、空調用熱媒体の循環する経路が、冷房時空調用経路である。この循環経路において、気相の空調用熱媒体は、圧縮機３５で圧縮され高圧となり、熱交換器４３で放熱することで凝縮液化し、低温になる。液化しつつある空調用熱媒体は、熱交換器１３でさらに放熱することで凝縮液化し、さらに低温になる。液相の空調用熱媒体は、膨張弁３７で膨張され低圧となり、蒸発器１５で吸熱することで蒸発気化し、高温となる。

また、冷却用熱媒体は、ポンプ４４、三方弁４６、ラジエータ４２、熱交換器４３、及びリザーバタンク４５を順に経由して循環する。このとき、流路５１の一部、流路５３、流路５４、流路５２の一部を含め、冷却用熱媒体の循環する経路が、冷房時冷却用経路である。この循環経路において、冷却用熱媒体は、ラジエータ４２で放熱することで低温となり、熱交換器４３で吸熱することで高温となる。
一方、室内熱交換ユニット１２では、送風ファン１４を駆動すると共に、エアミックスダンパ１７で凝縮器１６を通過する流路を閉鎖する。これにより、導入された空気が蒸発器１５で冷却及び除湿された後に、凝縮器１６を迂回し、除湿された涼しい空気が車室内に供給される。

《作用》
次に、第２実施形態の主要な作用効果について説明する。
暖房時には、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、及び熱交換器１３を順に経由するように、空調用熱媒体を循環させる。また、発熱体４１、及び熱交換器４３を順に経由するように、冷却用熱媒体を循環させる。これにより、凝縮器１６を通過して低温になった空調用熱媒体と、発熱体４１を通過して高温になった冷却用熱媒体との間で熱交換が行なわれる。このように、発熱体４１の排熱を回収し、車室内の暖房に有効利用することができる。さらに、着霜を抑制し、暖房能力の向上を図ることができる。

冷房時には、膨張弁３７、蒸発器１５、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、及び熱交換器１３を順に経由するように、空調用熱媒体を循環させる。また、熱交換器４３、及びラジエータ４２を順に経由するように、冷却用熱媒体を循環させる。これにより、蒸発器１５、及び圧縮機３５を順に通過して高温高圧になった空調用熱媒体は、ラジエータ４２を通過して低温になった冷却用熱媒体と熱交換され、次いで外気と熱交換されて低温になる。一方、熱交換器４３を通過して高温になった冷却用熱媒体は、ラジエータ４２で外気と熱交換されて低温になる。このように、冷房時に空調用熱媒体の排熱を行ない、運転効率の向上を図ることができる。

したがって、暖房時に発熱体４１の排熱を回収し、暖房に有効利用すること、及び冷房時に空調用熱媒体の排熱を行ない、運転効率を向上させることの双方を実現することができる。
また、冷却用熱媒体を循環させる回路では、発熱体４１、及びラジエータ４２が、並列に接続されている。これにより、ポンプ４４から冷却用熱媒体を発熱体４１に送る経路と、ポンプ４４から冷却用熱媒体をラジエータ４２に送る経路と、が形成される。したがって、暖房時に冷却用熱媒体を発熱体４１に送れば、発熱体４１の排熱を回収することが可能となり、冷房時に冷却用熱媒体をラジエータ４２に送れば、空調用熱媒体の排熱を促進することが可能となる。

また、三方弁４６により、冷却用熱媒体を発熱体４１に送る経路、冷却用熱媒体をラジエータ４２に送る経路の何れか一方に切り換え可能である。これにより、冷却用熱媒体を分流させて、発熱体４１及びラジエータ４２の双方に送る場合と比較して、暖房時と冷房時とで夫々の作用効果がより顕著になる。
また、ラジエータ４２は、熱交換器１３の風下側に配置される。これにより、暖房時には、熱交換器１３で空調用熱媒体が外気から吸熱し、ラジエータ４２で冷却用熱媒体が外気へ放熱する。すなわち、風上側となる熱交換器１３で吸熱された外気が、風下側のラジエータ４２へと流れるので、冷却用熱媒体の温度を効率よく低下させることができる。したがって、発熱体４１の冷却効率が向上する。
その他の作用効果については、前述した第１実施形態と同様である。

《変形例》
本実施形態では、冷却用熱媒体を循環させる回路において、発熱体４１に流すかラジエータ４２に流すかを三方弁４６で切り替えているが、これに限定されるものではない。例えば、発熱体４１に流す流路、及びラジエータ４２に流す流路に、夫々、開閉可能な二方弁を設け、一方を開くときに他方を閉じ、一方を閉じるときに他方を開くようにしてもよい。
本実施形態では、冷房時に膨張弁３１を全開にする構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、膨張弁３１を迂回するバイパス流路を設け、このバイパス流路を開閉可能に構成してもよい。これにより、冷房時に膨張弁３１を閉鎖し、バイパス流路を開放すれば、圧力損失を低減することができる。

《第３実施形態》
《構成》
第３実施形態は、冷房時に、発熱体４１の温度上昇を抑制するものである。
ここでは、低圧低温となる空調用熱媒体の一部と高温の冷却用熱媒体との間で熱交換を行なうことを除いては、前述した第２実施形態と同様であるため、共通する部分については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

図７は、第３実施形態を示す図である。
流路２３のうち、流路２４への分岐点と膨張弁３７との間には分岐点があり、また流路２２のうち、逆止弁３３とアキュムレータ３４との間には分岐点があり、これら分岐点同士は、流路６１を介して連通している。流路６１には、流路２３の側から流路２２の側に向かって、膨張弁６２、及び熱交換器６３が、順に設けられている。
膨張弁６２は、液相である高圧の空調用熱媒体を霧状にして吹き出すことにより、気化しやすい低圧の空調用熱媒体に減圧するものであり、開度が全閉から全開まで調整可能である。
熱交換器６３は、内部を個別に通過する空調用熱媒体と冷却用熱媒体との間で熱交換を行なう。

流路５２のうち、熱交換器４３と発熱体４１との間には分岐点があり、また流路５１のうち、熱交換器４３とリザーバタンク４５との間には分岐点があり、これら分岐点同士は、流路６４を介して連通している。流路６４には、熱交換器６３が設けられている。
熱交換器６３のうち、空調用熱媒体が通過する流路の入口は、膨張弁６２の出口に連通し、空調用熱媒体が通過する流路の出口は、流路２２に連通する。
熱交換器６３のうち、冷却用熱媒体が通過する流路の出口は、流路５１に連通し、冷却用熱媒体が通過する流路の入口は、流路５２に連通する。
熱交換器４３と発熱体４１との間の分岐点には、三方弁６５が設けられている。三方弁６５は、発熱体４１から送られてきた冷却用熱媒体を、熱交換器４３に送るか、熱交換器６３に送るか、何れか一方に切り換える。

［冷房運転］
運転モードが冷房であり、発熱体４１の発熱量が予め定めた閾値を超えたときには、膨張弁３１を全開放し、開閉弁３２を閉鎖し、開閉弁３６を閉鎖し、膨張弁３７及び膨張弁６２の双方を僅かに解放した状態で、圧縮機３５を駆動する。また、三方弁６５の出口を熱交換器６３の側に切り替えた状態で、ポンプ４４を駆動する。
これにより、空調用熱媒体の一部は、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、熱交換器１３、逆止弁３８、膨張弁３７、蒸発器１５、逆止弁３３、及びアキュムレータ３４を順に経由して循環する。この循環経路において、気相の空調用熱媒体は、圧縮機３５で圧縮され高圧となり、熱交換器１３で放熱することで凝縮液化し、低温になる。液相の空調用熱媒体は、膨張弁３７で膨張され低圧となり、蒸発器１５で吸熱することで蒸発気化し、高温となる。

また、空調用熱媒体の残りは、圧縮機３５、凝縮器１６、熱交換器４３、膨張弁３１、熱交換器１３、逆止弁３８、膨張弁６２、熱交換器６３、及びアキュムレータ３４を順に経由して循環する。この循環経路において、気相の空調用熱媒体は、圧縮機３５で圧縮され高圧となり、熱交換器１３で放熱することで凝縮液化し、低温になる。液相の空調用熱媒体は、膨張弁６２で膨張され低圧となり、熱交換器６３で吸熱することで蒸発気化し、高温となる。
また、冷却用熱媒体は、ポンプ４４、三方弁４６、発熱体４１、三方弁６５、熱交換器６３、及びリザーバタンク４５を順に経由して循環する。この循環経路において、冷却用熱媒体は、熱交換器６３で放熱することで低温となり、発熱体４１で吸熱することで高温となる。

《作用効果》
次に、第３実施形態の主要な作用効果について説明する。
運転モードが冷房であり、発熱体４１の発熱量が予め定めた閾値を超えたときには、膨張弁６２を僅かに解放し、空調用熱媒体の一部に膨張弁６２、及び熱交換器６３を経由させる。さらに、三方弁６５の出口を熱交換器６３の側に切り替え、熱交換器６３、及び発熱体４１を順に通過するように、冷却用熱媒体を循環させる。これにより、熱交換器１３、及び膨張弁６２を順に通過して低温低圧になった空調用熱媒体は、発熱体４１を通過して高温になった冷却用熱媒体と熱交換されて高温になる。一方、熱交換器６３を通過して低温になった冷却用熱媒体は、発熱体４１で高温になる。このように、冷房時にも発熱体４１の温度上昇を抑制することができる。
その他の作用効果については、前述した第２実施形態と同様である。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１…車両用空気調和装置、１２…室内熱交換ユニット、１３…熱交換器、１４…送風ファン、１５…蒸発器、１６…凝縮器、１７…エアミックスダンパ、１８…ヒータ、２１…流路、２２…流路、２３…流路、２４…流路、２５…流路、３１…膨張弁、３２…開閉弁、３３…逆止弁、３４…アキュムレータ、３５…圧縮機、３６…開閉弁、３７…膨張弁、３８…逆止弁、４１…発熱体、４２…ラジエータ、４３…熱交換器、４４…ポンプ、４５…リザーバタンク、４６…三方弁、５１…流路、５２…流路、５３…流路、５４…流路、６１…流路、６２…膨張弁、６３…熱交換器、６４…流路、６５…三方弁

Claims (7)

1. 車室内へ空気を供給する供給流路に設けられ、周囲を通過する空気と内部を通過する空調用熱媒体との間で熱交換を行ない、前記空調用熱媒体に吸熱させる蒸発器と、
   前記供給流路のうち前記蒸発器よりも下流側に設けられ、周囲を通過する空気と内部を通過する前記空調用熱媒体との間で熱交換を行ない、前記空調用熱媒体に放熱させる凝縮器と、
   周囲を通過する外気と内部を通過する前記空調用熱媒体との間で熱交換を行なう第一の熱交換器と、
   前記空調用熱媒体を圧縮する圧縮機と、
   冷房時に前記空調用熱媒体を膨張させる冷房時膨張弁と、
   暖房時に前記空調用熱媒体を膨張させる暖房時膨張弁と、
   発熱体を冷却するための冷却用熱媒体が内部を通過し、周囲を通過する外気との間で熱交換を行なう放熱用熱交換器と、
   内部を個別に通過する前記空調用熱媒体と前記冷却用熱媒体との間で熱交換を行なう第二の熱交換器と、
   冷房時に、前記冷房時膨張弁、前記蒸発器、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第二の熱交換器、及び前記第一の熱交換器を順に経由するように、前記空調用熱媒体を循環させる冷房時空調用経路と、
   暖房時に、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第二の熱交換器、前記暖房時膨張弁、及び前記第一の熱交換器を順に経由するように、前記空調用熱媒体を循環させる暖房時空調用経路と、
   冷房時に、前記第二の熱交換器、及び前記放熱用熱交換器を順に経由するように、前記冷却用熱媒体を循環させる冷房時冷却用経路と、を備えることを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 前記第二の熱交換器は、冷房時に、前記蒸発器、及び前記圧縮機を順に通過して高温高圧になった前記空調用熱媒体と、前記放熱用熱交換器を通過して低温になった前記冷却用熱媒体との間で熱交換を行なうことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 暖房時に、前記発熱体、及び前記第二の熱交換器を順に経由するように、前記冷却用熱媒体を循環させる暖房時冷却用経路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空気調和装置。
4. 前記第二の熱交換器は、暖房時に、前記凝縮器、及び前記暖房時膨張弁を順に通過して低温低圧になった前記空調用熱媒体と、前記発熱体を通過して高温になった前記冷却用熱媒体との間で熱交換を行なうことを特徴とする請求項３に記載の車両用空気調和装置。
5. 前記発熱体、及び前記放熱用熱交換器は、並列に接続されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の車両用空気調和装置。
6. 前記冷房時冷却用経路、及び前記暖房時冷却用経路の何れか一方に切り換え可能であることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の車両用空気調和装置。
7. 前記放熱用熱交換器は、前記第一の熱交換器の風下側に配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の車両用空気調和装置。

Images