JP2014144668A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が衝突した場合においても、インバータケースの破損を防止し、インバータ内の高電圧部の露出を回避する車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】この車両用空調装置は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用空調装置であって、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動回路と、低温低圧冷媒およびまたは高温高圧冷媒と、前記車両用空調装置内を循環する冷却液との間で熱交換する水冷媒熱交換器と、を具備し、車両の前方から順に、前記電動圧縮機、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が配置され、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が近接して配置された構成を採る。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置に関する。

エンジンを収容するエンジンルームが車室（キャビン）前方にある一般的な車両では、エンジンルームに空調装置も収容されることが多い。また、近年普及している電気で走行する自動車においても、走行用モータを収容するモータルームが車室前方に配され、モータルーム内に空調装置が収容される。なお、電気で走行する自動車としては、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。

このような空調装置は、冷媒を圧縮および膨張させるなどして、冷媒の温度を上昇および下降させることにより、車室内の空調を行っている。この冷媒には、可燃性の冷媒が用いられることがあり、車両の衝突時には、冷媒が漏洩し、火災が発生しやすいという問題があった。そこで、車両の衝突時に冷媒の漏洩を抑制する技術が特許文献１および特許文献２等に開示されている。

特許文献１には、車両衝突時に損傷を受けやすい車室内から離れた位置に配置されたコンデンサの吐出ポート側および流入ポート側のそれぞれに、車両に所定以上の外力が作用したときに、冷媒流れを閉止するように構成された第１及び第２電磁弁を備えた車両用空調装置が開示されている。

また、特許文献２には、コンデンサとレシーバタンクとの間の冷媒回路に、レシーバタンク側からコンデンサ側への冷媒の通過を阻止する逆止弁が設けられた車両用空調装置が開示されている。

近年では、可燃性の冷媒に代えて、不燃性の冷媒が普及していることから、特許文献１および特許文献２に開示の車両用空調装置のように、車両衝突時の冷媒の漏洩が問題になることは少ない。また、特許文献１および特許文献２に開示の車両用空調装置は、エンジン駆動式の圧縮機を想定している。

一方で、電気で走行する自動車に搭載される車両用空調装置では、冷媒を圧縮する圧縮機として電動圧縮機が用いられる。電動圧縮機は、圧縮機構を動かす電動モータと、電動モータを駆動する駆動回路（例えば、インバータ）とを備える。電動圧縮機の電源は、電動圧縮機の消費電力が数ｋＷ程度と大きいことから、走行用モータの駆動に用いられる高電圧バッテリから供給される。このため、電動圧縮機の電動モータを駆動するインバータは、高い電圧を高速でスイッチングする高電圧部を備えている。

特開平９−７４７４１号公報 特開２０００−１０３２２７号公報

ところで、上記特許文献１および特許文献２に開示の車両用空調装置では、車両の前方から順に、コンデンサ（熱交換器）、インバータ、コンプレッサが配置されている。電気で走行する自動車においても、このような配置を適用した上で、この自動車が衝突した場合、コンデンサの強度が十分ではないため、インバータケースが破損し、インバータ内の高電圧部が露出してしまう。この結果、感電または漏電の恐れが生じたり、自動車の衝突によって漏出した可燃性の気体（例えば、ガソリン）に引火して、爆発したりすることも考えられる。

本発明の目的は、車両が衝突した場合においても、インバータケースの破損を防止し、インバータ内の高電圧部の露出を回避する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空調装置は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用空調装置であって、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動回路と、低温低圧冷媒およびまたは高温高圧冷媒と、前記車両用空調装置内を循環する冷却液との間で熱交換する水冷媒熱交換器と、を具備し、車両の前方から順に、前記電動圧縮機、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が配置され、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が近接して配置された構成を採る。

本発明によれば、車両が衝突した場合においても、インバータケースの破損を防止し、インバータ内の高電圧部の露出を回避することができる。

実施の形態１に係る車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図 実施の形態１に係る車両用ヒートポンプ装置を示す上面図 実施の形態１に係る車両用ヒートポンプ装置を示す側面図 図２のＤ−Ｄ線断面図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置の冷媒および冷却液の流れについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 他の車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図 他の車両用ヒートポンプ装置を示す上面図 他の車両用ヒートポンプ装置を示す側面図 実施の形態２に係る車両用空調装置の一部構成を示す斜視図 実施の形態２に係る車両用空調装置の一部構成を示す上面図 実施の形態２に係る車両用空調装置の一部構成を示す側面図 実施の形態２に係る車両用空調装置の全体構成を示す模式図 実施の形態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 実施の形態２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

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

（実施の形態１）
＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
まず、本発明の実施の形態１における各構成について、図１〜図４を用いて説明する。図１〜図４は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置およびラジエータの構成を示す図である。

車両用ヒートポンプ装置１は、車両に搭載される装置であり、低温側水冷媒熱交換器１１０と、高温側水冷媒熱交換器１１１と、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機１１２等を備える。ここで、車両とは、例えば、電気自動車である。電気自動車とは、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。

車両用ヒートポンプ装置１は、その内部にヒートポンプサイクルを有し、ヒートポンプサイクル内の冷媒と高温側の冷却液（第１冷却液に相当）および低温側の冷却液（第２冷却液に相当）との間で熱交換を行う。低温側の冷却液と高温側の冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される。

冷媒は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ₂）など、電気自動車に要求される極低温の環境下でもヒートポンプサイクルの効率を向上できる一方、作動圧力が高くなるものが採用される。なお、冷媒は、二酸化炭素に限らず、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙなどを用いてもよい。

冷却液は、例えば、エチレングリコール水溶液などの液体である。冷却液は、不凍液であれば良く、エチレングリコール水溶液以外にプロピレングリコール水溶液を用いることも可能である。

高温側の冷却液は、高温側導入管１０４から導入される（図１の矢印Ｂ）。この導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて加熱され、高温側導出管１０５から導出される（図１の矢印Ｂ’）。冷却液は、図示せぬ高温側ウォータポンプの駆動力にて輸送される。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。高温側水冷媒熱交換器１１１は、プレート積層型の熱交換器であり、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機１１２が位置する。ただし、高温側水冷媒熱交換器１１１は、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機１１２が位置する必要はないが、このような配置を採ることにより、車両の衝突時、破壊に伴って、衝撃をより吸収することができる。

低温側の冷却液は、低温側導入管１０６から導入される（図１の矢印Ａ）。導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却され、低温側導出管１０７から導出される（図１の矢印Ａ’）。冷却液は、図示せぬ低温側ウォータポンプの駆動力にて輸送される。

低温側水冷媒熱交換器１１０は、低温低圧の冷媒が流れる通路と低温側の冷却液が流れる通路とを備え、これらの通路の間で熱を移動させるように構成されている。低温側水冷媒熱交換器１１０は、プレート積層型の熱交換器であり、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機１１２が位置する。

電動圧縮機１１２は、電動モータと圧縮機構とにより構成される。圧縮機構は、電動モータが発生する駆動力により冷媒を圧縮して吐出する機構である。圧縮機構は、例えば、スクロール型を用いることができる。電動モータは、インバータ（駆動回路に相当）により電気的に駆動される。また、電動圧縮機１１２は、筐体が円筒形であり、円筒の中心軸が車両の進行方向と垂直を向くよう配置され、かつ、円筒の中心軸がインバータケース１１３を向かないように配置される。ただし、必ずしも、円筒の中心軸が車両の進行方向と垂直を向くように配置する必要はない。

インバータケース１１３は、電動圧縮機１１２の筐体と一体に構成され、インバータを収容する。インバータケース１１３は、電動圧縮機１１２の筐体側面に配置され、電動圧縮機１１２と低温側水冷媒熱交換器１１０および高温側水冷媒熱交換器１１１との間に位置する。インバータケース１１３と低温側水冷媒熱交換器１１０および高温側水冷媒熱交換器１１１とは数ｃｍ（例えば、５ｃｍ）程度の間隔が空けられており、この空間にはいずれの配管も位置しないように構成されている。

インバータケース１１３に収容されるインバータは、基板１１５に電力用半導体（例えばＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を備えており（図４参照）、給電部から給電される直流電力を３相交流電力に変換して電動モータへ供給する。電力用半導体は、パワー半導体、パワー素子とも呼ばれる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、電動圧縮機１１２の冷媒の入口の上流にアキュムレータ１０８を備える。アキュムレータ１０８は、冷媒を気体と液体に分離させることで、電動圧縮機１１２へ気体の冷媒のみを供給する役割をなす。電動圧縮機１１２が液冷媒を圧縮することにより破壊することを防止するためである。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷媒の入口の上流に膨張弁１１４を備える。膨張弁１１４は、熱量を変化させずに高圧の冷媒を膨張させて低圧にすることで、冷媒を低温にして低温側水冷媒熱交換器１１０へ送る。

第１のラジエータ（室外熱交換器に相当）５は、車両前方に配置され、高温側の冷却液と空気との間で熱交換を行い、高温側の冷却液から空気に放熱させ、高温側の冷却液を冷却する。

車両用ヒートポンプ装置１においては、車両前方から順に、電動圧縮機１１２、インバータケース１１３（インバータ）、熱交換器（低温側水冷媒熱交換器１１０、高温側水冷媒熱交換器１１１）が配置される。このような配置において、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機１１２が最初に壊れるため、インバータケース１１３への衝撃が緩和される。ここでは、インバータケース１１３が電動圧縮機１１２の筐体と一体に構成されていることから、電動圧縮機１１２がインバータケース１１３に衝突することがなくなる。また、インバータケース１１３後方にプレート積層型の熱交換器が配置されるため、インバータケース１１３が熱交換器と衝突した際、熱交換器が衝撃を吸収するため、インバータケース１１３への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース１１３の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。

＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
次に、図５を用いて車両用ヒートポンプ装置１の冷媒と冷却液の流れについて説明する。

始めに、冷媒の流れを説明する。図５の矢印Ｃは冷媒の流れる方向を示している。冷媒は、電動圧縮機１１２、高温側水冷媒熱交換器１１１、膨張弁１１４、低温側水冷媒熱交換器１１０、アキュムレータ１０８を、この順で流れる。この冷媒の流れにより、ヒートポンプサイクルが構成される。

電動圧縮機１１２で圧縮された高温高圧の冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて熱を放出して液体となる。液体となった冷媒は、膨張弁１１４にて急激に膨張され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒はアキュムレータ１０８を通過して電動圧縮機１１２にて再度、圧縮される。

続いて、冷却液の流れを説明する。高温側導入管１０４を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温の冷媒と熱交換を行って加熱される。加熱された冷却液は、高温側導出管１０５から導出される。

低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管１０７から導出される。

このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、装置内だけで冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを実現している。さらに、高温側水冷媒熱交換器１１１および低温側水冷媒熱交換器１１０は、空気ではなく液体（冷却液）と冷媒との間で熱交換を行う。この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液を介して車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所から熱を吸収し、車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所へ熱を放出することができる。

＜車両温度調整システム＞
次に、図６および図７を用いて、車両用ヒートポンプ装置１を用いた車両温度調整システムについて説明する。図６は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図、図７は車両温度調整システムの冷房運転時の説明図である。

高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液、および、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液は車両用空調装置２へ導入され、冷房もしくは暖房に用いられる。車両用空調装置２は、車両が備えるファイアウォール７の車室側に配置され、車室内の空調を行う装置である。車両用ヒートポンプ装置１は、ファイアウォール７の車室外の側に配置される。

車両用空調装置２は、冷房用空気水熱交換器２００、暖房用空気水熱交換器２０１、ブロワファン２０２、および、切換ドア２０３を備える。

冷房用空気水熱交換器２００は、ブロワファン２０２により送風された空気と、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液との間で熱交換を行い、空気を冷却するものである。冷却された空気は車室内へ導かれ、車室内の冷房に用いられる。

冷房用空気水熱交換器２００にて加熱された冷却液は、低温側導入管１０６を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。

暖房用空気水熱交換器２０１は、ブロワファン２０２により送風された空気と、高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱するものである。加熱された空気は車室内へ導かれ、車室内の暖房に用いられる。

暖房用空気水熱交換器２０１にて冷却された冷却液は、高温側導入管１０４を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。なお、第１のラジエータ５は、冷房時の冷却液の放熱に用いられる。

車両用ヒートポンプ装置１が導出する冷却液は、発熱体３の冷却に用いることも可能である。ここで、発熱体３とは、例えば、電気自動車に用いられる走行用モータ、走行用モータを駆動するためのインバータ、走行用モータへ電気エネルギーを供給するための蓄電池、車両外部から蓄電池を充電するための充電器、蓄電池の電圧変換を行うためのＤＣ−ＤＣ変換器などの、発熱部材である。これら発熱部材は電気自動車の走行中等に冷却を必要とする。

発熱体３から放出される熱は、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、車両用ヒートポンプ装置１にて冷却される。冷却液は、第２のラジエータ６で吸熱させることで、加熱することもできる。

車両用空調装置２を車室内の暖房に用いる場合は、発熱体３から放出された熱を、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却される。

この際、冷媒に回収（吸熱）された熱は、車両用ヒートポンプ装置１の熱サイクルで利用され、車室内の空気の加熱に利用する事で暖房時のＣＯＰ（成績係数）を上げることが可能である。

車両温度調整システムでは、図６と図７とに示すように、複数の三方弁Ｔによる冷却液の経路の切り替え、ならびに、切換ドア２０３による車室内へ向かう空気の経路の切り替えにより、車室内の暖房および冷房等の切り替えを行うことができる。

＜実施の形態１の効果＞
このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、車両前方から順に、電動圧縮機１１２、インバータケース１１３（インバータ）、熱交換器（低温側水冷媒熱交換器１１０、高温側水冷媒熱交換器１１１）が配置される。このとき、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機１１２が最初に壊れ、これにより、インバータケース１１３への衝撃が緩和される。特に、インバータケース１１３が電動圧縮機１１２の筐体と一体に構成されていることから、電動圧縮機１１２がインバータケース１１３に衝突することがなくなる。また、インバータケース１１３後方にプレート積層型の熱交換器が配置されるため、インバータケース１１３への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース１１３の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。

なお、本実施の形態では、低温側水冷媒熱交換器１１０および高温側水冷媒熱交換器１１１の前方にインバータケース１１３が配置される場合について説明した。しかし、インバータケース１１３は、低温側水冷媒熱交換器１１０および高温側水冷媒熱交換器１１１のいずれか一方の前方に配置されてもよい。

また、本実施の形態では、インバータケース１１３を電動圧縮機１１２の筐体と一体に構成する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、図８〜図１０に示すように、インバータケース１１３を別体とし、電動圧縮機１１２と熱交換器との間に設けてもよい。このとき、インバータケース１１３と電動圧縮機１１２とをコネクタ１１６を介して電気的に接続する。

（実施の形態２）
実施の形態１では、低温側水冷媒熱交換器１１０と高温側水冷媒熱交換器１１１とを用いる場合について説明した。これに対して、実施の形態２では、１つの水冷媒熱交換器１２０を用いる場合について説明する。

＜車両用空調装置の一部構成＞
本発明の実施の形態２における各構成について、図１１〜図１３を用いて説明する。図１１〜図１３は、本実施の形態に係る車両用空調装置の一部構成を示す図である。

電動圧縮機１１２は、冷媒の吸入口が、アキュムレータ１０８を介して２つの冷媒導入管３４，３５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１２０の冷媒通路の入口に連通している。

水冷媒熱交換器１２０は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。水冷媒熱交換器１２０は、プレート積層型の熱交換器であり、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機１１２が位置する。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１２０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１２０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１２０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１２０への冷却液の逆流を防止する。

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、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。

開閉弁２４は、冷媒導入管３４の入口と２つの冷媒導入管３４，３５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。

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１０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１０の制御装置の指令を受けて、車両用空調装置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。

ラジエータ５６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。ラジエータ５６の冷媒通路の入口は、配管を介して車両用空調装置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、一方は車室内のＨＶＡＣのエバポレータに、他方はアキュムレータ１０８に通じる冷媒導入管３４にそれぞれ連通する。

ラジエータ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。ラジエータ５６には、例えば、ファンＦ１（図１４参照）により外気が吹き付けられる。

車両用空調装置１０においては、車両前方から順に、電動圧縮機１１２、インバータケース１１３（インバータ）、水冷媒熱交換器１２０が配置される。このような配置において、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機１１２が最初に壊れるため、インバータケース１１３への衝撃が緩和される。また、インバータケース１１３後方にプレート積層型の水冷媒熱交換器１２０が配置されるため、インバータケース１１３が水冷媒熱交換器１２０と衝突した際、水冷媒熱交換器１２０が衝撃を吸収するため、インバータケース１１３への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース１１３の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。

＜車両用空調装置の全体構成＞
図１４は、実施の形態２の車両用空調装置の全体構成を示す模式図である。

ＨＶＡＣ７０は、車室内に搭載され、ヒータコア４４、および、エバポレータ４８を含む。ここでは、ファイアウォールより室内側を車室内と呼んでいる。

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と三方弁１８に通じる冷却液導入管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Ｅ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、冷却液導出管３２に連通する。ＨＶＡＣ７０の吸気通路Ｅ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Ｅ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、配管を介してラジエータ５６に連通している。エバポレータ４８の冷媒通路の出口は、配管を介してアキュムレータ１０８に通じる冷媒導入管３５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、エバポレータ４８に近接する位置に連結されている。

開閉弁６０は、ラジエータ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１５は、実施の形態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１２０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１２０に流れない。ＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｅ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、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１２０を高温のまま通過してラジエータ５６へ送られる。その後、冷媒は、ラジエータ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、アキュムレータ１０８を介して電動圧縮機１１２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１６は、実施の形態２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１２０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１２０とで加熱され、ヒータコア４４でＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｅを流れる空気へと放熱を行う。

さらに、電動圧縮機１１２で発生した熱が水冷媒熱交換器１２０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Ｅ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、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１２０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、ラジエータ５６へ送られる。ラジエータ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１０８を介して電動圧縮機１１２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、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。

＜実施の形態２の効果＞
このように、実施の形態の車両用空調装置１０では、車両前方から順に、電動圧縮機１１２、インバータケース１１３（インバータ）、水冷媒熱交換器１２０が配置される。このとき、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機１１２が最初に壊れ、これにより、インバータケース１１３への衝撃が緩和される。また、インバータケース１１３後方にプレート積層型の水冷媒熱交換器１２０が配置されるため、インバータケース１１３への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース１１３の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。

本発明にかかる車両用空調装置は、車両内の各部の温度を調整するシステム等に用いるのに好適である。

１ 車両用ヒートポンプ装置
１０４ 高温側導入管
１０５ 高温側導出管
１０６ 低温側導入管
１０７ 低温側導出管
１０８ アキュムレータ
１１０ 低温側水冷媒熱交換器
１１１ 高温側水冷媒熱交換器
１１２ 電動圧縮機
１１３ インバータケース
１１４ 膨張弁
１１５ 基板
１１６ コネクタ
２ 車両用空調装置
２００ 冷房用空気水熱交換器
２０１ 暖房用空気水熱交換器
２０２ ブロワファン
２０３ 切替ドア
３ 発熱体
５ 第１のラジエータ
６ 第２のラジエータ
７ ファイアウォール
１０ 車両用空調装置
１８ 三方弁
２０ 逆止弁
２２ オリフィス付開閉弁
２４ 開閉弁
３１ 冷却液導入管
３２ 冷却液導出管
３３ 冷媒導出管
３４，３５ 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 ラジエータ
６０ 開閉弁
７０ ＨＶＡＣ
Ｅ 吸気通路
Ｆ１，Ｆ２ ファン

Claims (7)

1. 冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用空調装置であって、
   吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、
   電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動回路と、
   低温低圧冷媒およびまたは高温高圧冷媒と、前記車両用空調装置内を循環する冷却液との間で熱交換する水冷媒熱交換器と、
   を具備し、
   車両の前方から順に、前記電動圧縮機、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が配置され、
   前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が近接して配置された、
   車両用空調装置。
2. 前記電動圧縮機が吐出した冷媒を膨張させる膨張弁を、さらに備え、
   前記水冷媒熱交換器は、
   前記電動圧縮機が吐出した前記高温高圧冷媒と温熱を輸送する第１冷却液との間で熱交換を行う高温側水冷媒熱交換器、およびまたは、
   冷熱を輸送する第２冷却液と前記膨張弁により膨張された前記低温低圧冷媒との間で熱交換を行う低温側水冷媒熱交換器である、
   請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器は、前記車両が前方から衝撃を受けた際に前記駆動回路が前記水冷媒熱交換器に接触する程度に近接して配置された、
   請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記電動圧縮機、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器は、前記車両が備えるファイアウォールの車室外側に配置された、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用空調装置。
5. 前記電動圧縮機を収容する筐体と、前記駆動回路を収容する筐体とが一体に構成された、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用空調装置。
6. 前記低温低圧冷媒およびまたは前記高温高圧冷媒の通路となる配管、および、前記冷却液の通路となる配管のいずれも、前記駆動回路と、前記水冷媒熱交換器との間から外れて配置される、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両用空調装置。
7. 前記水冷媒熱交換器は、プレート積層型熱交換器であって、プレート面と垂直な方向に前記電動圧縮機および前記駆動回路が位置する、
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の車両用空調装置。
   

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