JP3704787B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用空調装置に関し、さらに詳しくはエンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を備えた車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置としては、冷房時には冷凍サイクルを循環する冷媒の蒸発器における相変化時の蒸発潜熱を利用し、暖房時にはエンジン冷却水からヒータコアにおいて放熱される熱を利用するものが従来からよく知られているが、上記冷凍サイクルにおける排熱は空冷式の車外側熱交換器（即ち、凝縮器）により行われていた。
【０００３】
また、ヒートポンプ式空調装置において、暖房時にエンジン冷却水から冷媒に吸熱させる熱交換器を設けて、従来のヒータコアと併用することにより暖房能力を高めるようにしたものも提案されている（例えば、特開昭６０ー２３６８２１号公報参照）。
【０００４】
上記のいずれのものにおいても、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータとは、別に空冷式車外側熱交換器が必要となり、自動車の前部にラジエータと空冷式車外側熱交換器とを併設しなければならず、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上での大きな制約となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車などの例外を除けば、自動車にはエンジン冷却水を冷却するためのラジエータが搭載されている。このラジエータの放熱面積は、一般に自動車の空調（例えば、冷房）を行うために装備される空冷式の車外側熱交換器（即ち、凝縮器）の放熱面積よりも遥かに大きい。従って、空調装置から発生する排熱の放熱手段としてラジエータを利用し、空調装置の放熱系を簡素化することによって、軽量化、省電力化、低価格化、省空間化を図ることが考えられる。
【０００６】
単純に考えるならば、空調装置の放熱手段としてラジエータを利用するためには、冷媒と外気との間で熱交換を行う方式（即ち、空冷式）の車外側熱交換器の代わりに、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行う方式（即ち、水冷式）の車外側熱交換器を採用することによって、冷媒からエンジン冷却水へ放熱させた後にラジエータを利用してエンジン冷却水から外気へ放熱させればよい。
【０００７】
しかしながら、ラジエータを含むエンジン冷却水回路には、通常ラジエータを通過するエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段（例えば、サーモスタット）が設けられており、エンジン本体に入る冷却水の温度が８０℃前後になるように流量制御されている。このため、単純に空冷式の車外側熱交換器を水冷式の車外側熱交換器に置き換えたのでは、冷媒からエンジン冷却水へ放熱する温度が８０℃以上となって、放熱能力が空冷式の車外側熱交換器を用いた場合に比べて大幅に悪化するおそれがある。
【０００８】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルを構成する車外側熱交換器としてエンジン冷却水を用いた水冷式のものを採用した車両用空調装置において、車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得る構成として、車外側熱交換器での放熱能力を十分に確保し得るようにすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成では、上記課題を解決するための手段として、冷媒圧縮用の圧縮機と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器と、通過する空気に利用熱を与える車内側熱交換器と、該車内側熱交換器への冷媒を減圧する減圧手段とを備えた冷凍サイクルを具備した車両用空調装置において、エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第１の冷却水通路を付設し、上記流量制御手段は、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体へ供給する流量の制御を行うものであり、上記エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以下の場合は流量断面積を零とし、該冷却水温度が所定温度以上の場合は、その温度に応じた流路断面積に変化させるように構成している。この構成により、流量制御手段は、エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以上の場合にのみ、その温度に応じて流路断面積を増やし、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体の入口へ流入させ、それ以外のときは、流量断面積を零としてエンジン本体の入口へ流入させないようにすることで、ラジエータを通過したエンジン冷却水の車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得るようにしている。
【００１０】
本願発明の基本構成において、前記第１の冷却水通路の出口を、前記流量制御手段に接続した場合、第１の冷却水通路を流れるエンジン冷却水の温度が高くなり過ぎることがなくなる点で好ましい。
【００１１】
また、前記ラジエータと並列に接続され、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器を付設した場合、エンジン冷却水の保有する熱を暖房熱源として利用できるとともに、車内側熱交換器との併用により除湿暖房も可能となる点で好ましく、その場合において、前記空気加熱器を、前記エンジン本体と前記第１の冷却水通路における復路部との間に接続される第２の冷却水通路に介設すれば、通路構成が簡素化できる点でより好ましい。
【００１２】
また、冷房運転時には前記第１の冷却水通路を導通し、暖房運転時には前記分第２の却水通路を導通し、除湿暖房運転時には前記第１および第２の冷却水通路の両方を導通する通路切換手段を付設した場合、冷暖房および除湿暖房が通路の切換により得られる点で好ましい。
【００１３】
また、前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側に四路切換弁を設けて、該四路切換弁の切換操作により冷凍サイクルにおける冷媒循環方向を切り換え得るように構成した場合、ヒートポンプによる冷暖房および除湿暖房が可能となり、空調能力の向上を図り得る点で好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【００１５】
第１の実施の形態
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００１６】
この車両用空調装置は、冷媒圧縮用の圧縮機１と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器２と、減圧手段３と、通過する空気に利用熱（即ち、冷熱）を与える（換言すれば、空気を冷却する）車内側熱交換器４と、アキュムレータ５とを冷媒配管６により順次接続してなる冷凍サイクルＡを備えている。
【００１７】
前記圧縮機１、車外側熱交換器２およびアキュムレータ５はエンジンルーム内に配設され、前記減圧手段３はエンジンルーム内あるいは車内に配設され、前記車内側熱交換器４は車内側にとなる空調ユニットケース（図示省略）の空調空気通路７内に配設されている。なお、前記圧縮機１は、エンジン本体８により駆動されることとなっている。符号９はエンジン本体８側のプーリ、１０は圧縮機１側のプーリ、１１はプーリ９，１０を連結するＶベルトである。
【００１８】
また、エンジン冷却水回路Ｂは、エンジン本体８（即ち、図示しないウォータジャケット）、ラジエータ１２、流量制御手段として作用するサーモスタット１３を冷却水配管１４により順次接続して構成されている。この冷却水配管１４は、エンジン本体８からラジエータ１２に至る高温配管部１４ａと、ラジエータ１２からサーモスタット１３に至る低温配管部１４ｂと、サーモスタット１３からエンジン本体８に至る出口配管部１４ｃとからなっている。
【００１９】
前記エンジン本体８、ラジエータ１２およびサーモスタット１３はエンジンルーム内に配設されている。なお、エンジン冷却水の循環は、エンジン本体８内に内蔵されているウォータポンプ（図示省略）により行われることとなっている。
【００２０】
そして、前記冷却水配管１４において前記ラジエータ１２よりも下流側であって前記サーモスタット１３よりも上流側（即ち、低温配管部１４ｂ）から前記車外側熱交換器２を経てエンジン本体８へ還流する第１の冷却水通路１５が付設されている。本実施の形態においては、前記第１の冷却水通路１５の出口は、前記サーモスタット１３に接続されている。この第１の冷却水通路１５は、前記冷却水配管１４から分岐して前記車外側熱交換器２に至る往路部１５ａと、該車外側熱交換器２から前記サーモスタット１３に至る復路部１５ｂとからなっている。
【００２１】
前記サーモスタット１３は、前記冷却水配管１４の出口配管部（即ち、エンジン本体８への入口）１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）以下である場合には前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃとだけを連通させ、前記出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超える場合には前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃを連通させるだけでなく、前記出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度に応じた流路断面積で、前記冷却水配管１４における低温配管部１４ｂと冷却水配管１４における出口配管部１４ｃとを連通させるように動作することとなっている。
【００２２】
また、前記エンジン本体８と前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂとの間には、前記エンジン冷却水回路Ｂと並列状態で第２の冷却水通路１６が接続されており、該第２の冷却水通路１６には、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器として作用するヒータコア１７が介設されている。該ヒータコア１７は、前記空調空気通路７において前記車外側熱交換器２の下流側に配設されている。
【００２３】
上記第２の冷却水通路１６は、エンジン本体８からヒータコア１７に至る入口側配管部１６ａと、ヒータコア１７から前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂに至る出口側配管部１６ｂとからなっており、該出口側配管部１６ｂと前記冷却水通路復路部１５ｂとは三方弁１８を介して接続されている。該三方弁１８は、冷房運転時には前記第１の冷却水通路１５を導通し、暖房運転時には前記第２の冷却水通路１６を導通する通路切換手段として作用する。
【００２４】
上記したように、本願発明においては、従来の空冷式車外側熱交換器に代えて、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を採用するようにしているので、車両前部の構造が簡素化されることとなり、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上で極めて有利となる。
【００２５】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【００２６】
（Ｉ） 冷房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→圧縮機１の順とされる。
【００２７】
一方、三方弁１８は、第１の冷却水通路１５を導通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体８→ラジエータ１２→車外側熱交換器２→三方弁１８→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００２８】
従って、車外側熱交換器２においては、ラジエータ１２を通過した後エンジン本体８により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機１から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体８に還流される。
【００２９】
車外側熱交換器２において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段３で減圧された後、車内側熱交換器４において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路７を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。
【００３０】
ところで、エンジン本体８を始動した直後には冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度は設定温度（例えば、８０℃）以下であるので、サーモスタット１３は第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃとだけを連通させている。そのため、ラジエータ１２を通って冷却水配管１４の低温配管部１４ｂに入ったエンジン冷却水は、サーモスタット１３を通過することができず、車外側熱交換器２に入って冷媒を冷却した後、サーモスタット１３を通ってエンジン本体８へ還流する。もしも、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えた場合には、サーモスタット１３は、冷却水配管１４の低温配管部１４ｂと出口配管部１４ｃとをも連通させるので、該低温配管部１４ｂから第１の冷却水通路１５（換言すれば、車外側熱交換器２）に流れていたエンジン冷却水の一部はサーモスタット１３を通ってエンジン本体８へ還流する。
【００３１】
従って、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）以下でもエンジン冷却水はラジエータ１２を通り、なお且つラジエータ１２を出たエンジン冷却水はエンジン本体８に加熱されることなく直接車外側熱交換器２に供給されることとなる。その結果、日常のほとんどの車両運転条件において、車外側熱交換器２に供給されるエンジン冷却水の温度は設定温度（例えば、８０℃）よりも大幅に低く維持され、冷媒の凝縮温度並の６０℃前後、あるいはそれ以下となり、日常のほとんどの車両運転条件において、従来の空冷式の車外側熱交換器を用いた場合と同等あるいはそれ以上の冷房能力を発揮することができるのである。
【００３２】
（ＩＩ） 暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける圧縮機１は運転停止され、三方弁１８は、第２の冷却水通路１６を導通するように切り換えられる。そのため、冷却水通路１５の復路部１５ｂは出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器２に入ることができない。また、エンジン本体８を始動した直後には冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度は設定温度（例えば、８０℃）以下であるので、サーモスタット１３は第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃとだけを連通させている。そのため、ラジエータ１２を通って冷却水配管１４の低温配管部１４ｂに入ったエンジン冷却水は、サーモスタット１３を通過することができず、前記出口配管部１４ｃには入れない。
【００３３】
従って、エンジン本体８の冷却水は、点線矢印で示すように、第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａに入り、ヒータコア１７で空調空気通路７を流れる空気と熱交換して冷却された後、第２の冷却水通路１６の出口側配管部１６ｂ、三方弁１８、第１の冷却水通路１５の復路部１５ｂ、サーモスタット１３および冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを経てエンジン本体８に還流する。そして、ヒータコア１７を通過する際にエンジン冷却水により加熱された空気は、温風となって車室内を暖房する。もしも、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えた場合には、サーモスタット１３は、冷却水配管１４の低温配管部１４ｂと出口配管部１４ｃとをも連通させるので、該エンジン本体８からのエンジン冷却水の一部はラジエータ１２を通過した後サーモスタット１３を通ってエンジン本体８へ還流する。
【００３４】
上記したように、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えないかぎり、エンジン冷却水はラジエータ１２を通らないので、暖房に支障を生じることはない。
【００３５】
第２の実施の形態
図２には、本願発明の第２の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００３６】
この場合、第１の実施の形態における三方弁１８を廃止して、第１の冷却水通路１５における往路部１５ａに開閉弁１９を介設している。該開閉弁１９は、冷房運転時および除湿暖房運転時には前記第１の冷却水通路１５を導通し、暖房運転時には前記第１の冷却水通路１５を非導通とする通路切換手段として作用することとなっている。その他の構成は第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００３７】
上記のように構成された車両用空調装置においては、冷房運転時には開閉弁１９が開作動され、エンジン冷却水は、実線矢印で示すように、大部分がエンジン本体８→ラジエータ１２→開閉弁１９→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環するとともに、一部がエンジン本体８→ヒータコア１７→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環する。ところで、ヒータコア１７を通るエンジン冷却水の流量は、ラジエータ１２および車外側熱交換器２を通るエンジン冷却水の流量よりも大幅に少ない。その理由は、ヒータコア１７の通水抵抗係数がラジエータ１２および車外側熱交換器２の通水抵抗係数と比較して遥かに大きいからである。
【００３８】
従って、冷房運転時においては、車内側熱交換器４とヒータコア１７との間にダンパ（図示省略）を設けておき、該ダンパにより空調空気通路７における車室内熱交換器４とヒータコア１７との間を閉止して車内側熱交換器４を通過した冷風をヒータコア１７を通さずに車室内に供給するようにすれば、良好な冷房運転が行える。また、前記ダンパを開作動させて、空調空気通路７を流れる空気が車内側熱交換器４を通過した後ヒータコア１７を通過するようにすれば、除湿暖房が行える。なお、開閉弁１９に代えて絞り弁を用いれば、気温等の環境条件に応じて絞り弁の流路断面積を調節することにより、ヒータコア１７を通るエンジン冷却水の流量と、ラジエータ１２および車外側熱交換器２を通るエンジン冷却水の流量との比率を調節できるので、除湿暖房を行う際にもきめ細かな室温制御が可能となる。その他の作用効果は暖房は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００３９】
第３の実施の形態
図３には、本願発明の第３の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００４０】
この場合、冷凍サイクルＡにおける圧縮機１の吐出側に四路切換弁２０を設けて、該四路切換弁２０の切換作動により、前記冷凍サイクルＡを循環する冷媒の循環方向を変更（即ち、冷房運転時および除湿暖房運転時には圧縮機１の吐出側を車外側熱交換器２に、吸入側を車内側熱交換器４に連通させる一方、暖房運転時には圧縮機１の吐出側を車内側熱交換器４に、吸入側を車外側熱交換器２に連通させるように変更）して、前記車内側熱交換器４での冷媒状態を変化させることにより、該車内側熱交換器４を通過する空気に利用熱（即ち、温熱あるいは冷熱）を与えて加熱あるいは冷却するように構成されている。
【００４１】
一方、第１の冷却水通路１５の往路部１５ａは、冷却水配管１４の低温配管部１４ｂにおけるサーモスタット１３の上流側から分岐して第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａに至る第１往路部１５ａ1と、第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａにおける前記第１往路部１５ａ1の下流側から車外側熱交換器２に至る第２往路部１５ａ2とからなっており、前記第１往路部１５ａ1と第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａとは三方弁２１を介して接続されている。従って、三方弁１８，２１が、冷房運転時には前記第１の冷却水通路１５を導通し、暖房運転時には前記第２の冷却水通路１６を導通し、除湿暖房運転時には前記第１および第２の冷却水通路１５，１６の両方を導通する通路切換手段として作用することとなっている。その他の構成は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００４２】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【００４３】
（Ｉ） 冷房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００４４】
一方、三方弁１８は、第１の冷却水通路１５を導通するように切り換えられるとともに、三方弁２１は、第１の冷却水通路１５の第１往路部１５ａ1と第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａとを連通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体８→ラジエータ１２→三方弁２１→車外側熱交換器２→三方弁１８→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００４５】
従って、車外側熱交換器２においては、ラジエータ１２を通過した後エンジン本体８により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機１から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体８に還流される。
【００４６】
車外側熱交換器２において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段３で減圧された後、車内側熱交換器４において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路７を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。冷房運転時におけるその他の作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００４７】
（ＩＩ） ヒートポンプ暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、点線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車内側熱交換器４→減圧手段３→車外側熱交換器２→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００４８】
一方、三方弁１８は、第１の冷却水通路１５を導通するように切り換えられるとともに、三方弁２１は、第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａを導通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、点線矢印で示すように、エンジン本体８→三方弁２１→車外側熱交換器２→三方弁１８→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００４９】
従って、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）に達するまでの間は、エンジン本体８から出たエンジン冷却水は車外側熱交換器２に供給され、該車外側熱交換器２において冷媒を加熱した後サーモスタット１３を経てエンジン本体８に還流する。
【００５０】
車外側熱交換器２において加熱された冷媒は、蒸発気化した後、圧縮機１に吸入されるが、圧縮機１から吐出されて車内側熱交換器４に供給されたガス冷媒は、空調空気通路７を流れる空気に冷却されて凝縮液化する。その際に生ずる凝縮潜熱により空気は加熱されて温風となり、該温風によって車室内の暖房が行われる。
【００５１】
上記したように、エンジン冷却水は、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えないかぎり、ラジエータ１２やヒータコア１７を通過することなく、エンジン本体８を出て車外側熱交換器２のみを通ってエンジン本体８に還流される。このため、エンジン冷却水の保有する熱は、外気に放出されることなく冷媒に吸熱されるし、車内側熱交換器４によって冷却水温度以上に加熱された空気がヒータコア１７を通過する際に再冷却されることもない。従って、極めて効率の良いヒートポンプ暖房が行えるのである。
【００５２】
（ＩＩＩ） ヒータコア暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける圧縮機１は運転停止され、三方弁１８，２１は、第２の冷却水通路１６を導通するように切り換えられる。なお、エンジン冷却水の循環方向は、１点鎖線矢印で示すようになる。そのため、冷却水通路１５の復路部１５ｂは出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器２に入ることができない。ヒータコア暖房運転時におけるその他の作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００５３】
第４の実施の形態
図４には、本願発明の第４の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００５４】
この場合、第１の冷却水通路１５における往路部１５ａと第２の冷却水通路１６における入口側配管部１６ａとをバイパス通路２２で接続するとともに、三方弁１８，２１を廃止し、第１の冷却水通路１５における往路部１５ａにおいて前記バイパス通路２２の接続部より上流側となる位置と、前記バイパス通路２２および第２の冷却水通路１６における出口側配管部１６ｂとにそれぞれ開閉弁２３，２４，２５を設けた点が第３の実施の形態と相異しているのみであり、その他の構成は第３の実施の形態と同様である。
【００５５】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【００５６】
（Ｉ） 冷房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００５７】
一方、開閉弁２３は開作動され、開閉弁２４，２５は閉作動されており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体８→ラジエータ１２→開閉弁２３→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００５８】
従って、車外側熱交換器２においては、ラジエータ１２を通過した後エンジン本体８により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機１から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体８に還流される。
【００５９】
車外側熱交換器２において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段３で減圧された後、車内側熱交換器４において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路７を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。冷房運転時におけるその他の作用効果は第３の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６０】
（ＩＩ） ヒートポンプ暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、点線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車内側熱交換器４→減圧手段３→車外側熱交換器２→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００６１】
一方、開閉弁２４は開作動され、開閉弁２３，２５は閉作動されており、エンジン冷却水の循環方向は、点線矢印で示すように、エンジン本体８→開閉弁２４→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００６２】
従って、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）に達するまでの間は、エンジン本体８から出たエンジン冷却水は車外側熱交換器２に供給され、該車外側熱交換器２において冷媒を加熱した後サーモスタット１３を経てエンジン本体８に還流する。ヒートポンプ暖房運転時におけるその他の作用効果は第３の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６３】
（ＩＩＩ） 除湿暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００６４】
一方、開閉弁２３，２５は開作動され、開閉弁２４は閉作動されており、エンジン冷却水は、２点鎖線矢印で示すように、大部分がエンジン本体８→ラジエータ１２→開閉弁２３→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環するとともに、一部がエンジン本体８→ヒータコア１７→開閉弁２５→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環する。
【００６５】
従って、車内側熱交換器４において冷却除湿された空気が、ヒータコア１７において加熱されて除湿温風となり、該除湿温風により車室内が暖房されることとなる。
【００６６】
なお、開閉弁２３に代えて絞り弁を用いれば、気温等の環境条件に応じて絞り弁の流路断面積を調節することにより、ヒータコア１７を通るエンジン冷却水の流量と、ラジエータ１２および車外側熱交換器２を通るエンジン冷却水の流量との比率を調節できるので、除湿暖房を行う際にもきめ細かな室温制御が可能となる。その他の作用効果は暖房は第３の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６７】
（ＩＶ） ヒータコア暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける圧縮機１は運転停止され、開閉弁２３，２４は閉差動され、開閉弁２５は開作動される。なお、エンジン冷却水の循環方向は、１点鎖線矢印で示すようになる。そのため、冷却水通路１５の往路部１５ａは開閉弁２３により出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器２に入ることができない。ヒータコア暖房運転時におけるその他の作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６８】
【発明の効果】
本願発明によれば、空冷式の車外側熱交換器に代えてエンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を採用した車両用空調装置において、エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第１の冷却水通路を付設して、エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以上の場合にのみ、その温度に応じて流量制御手段の流路断面積を増やしてラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体の入口へ流入させることにより、車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得るようにしたので、日常のほとんどの車両運転条件において、従来の空冷式の車外側熱交換器を用いた場合と同等あるいはそれ以上の冷房能力を発揮することができるとともに、車両前部の構造が簡素化されることとなって、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上で極めて有利となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図２】本願発明の第２の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図３】本願発明の第３の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図４】本願発明の第４の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１は圧縮機、２は車外側熱交換器、３は減圧手段、４は車内側熱交換器、８はエンジン本体、１２はラジエータ、１３は流量制御手段（サーモスタット）、１４は冷却水配管、１５は第１の冷却水通路、１６は第２の冷却水通路、１７は空気加熱器（ヒータコア）、１８は通路切換手段（三方弁）、１９は通路切換手段（開閉弁）、２０は四路切換弁、２１は通路切換手段（三方弁）、２３，２４，２５は通路切換手段（開閉弁）、Ａは冷凍サイクル。
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用空調装置に関し、さらに詳しくはエンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を備えた車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置としては、冷房時には冷凍サイクルを循環する冷媒の蒸発器における相変化時の蒸発潜熱を利用し、暖房時にはエンジン冷却水からヒータコアにおいて放熱される熱を利用するものが従来からよく知られているが、上記冷凍サイクルにおける排熱は空冷式の車外側熱交換器（即ち、凝縮器）により行われていた。
【０００３】
また、ヒートポンプ式空調装置において、暖房時にエンジン冷却水から冷媒に吸熱させる熱交換器を設けて、従来のヒータコアと併用することにより暖房能力を高めるようにしたものも提案されている（例えば、特開昭６０ー２３６８２１号公報参照）。
【０００４】
上記のいずれのものにおいても、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータとは、別に空冷式車外側熱交換器が必要となり、自動車の前部にラジエータと空冷式車外側熱交換器とを併設しなければならず、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上での大きな制約となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車などの例外を除けば、自動車にはエンジン冷却水を冷却するためのラジエータが搭載されている。このラジエータの放熱面積は、一般に自動車の空調（例えば、冷房）を行うために装備される空冷式の車外側熱交換器（即ち、凝縮器）の放熱面積よりも遥かに大きい。従って、空調装置から発生する排熱の放熱手段としてラジエータを利用し、空調装置の放熱系を簡素化することによって、軽量化、省電力化、低価格化、省空間化を図ることが考えられる。
【０００６】
単純に考えるならば、空調装置の放熱手段としてラジエータを利用するためには、冷媒と外気との間で熱交換を行う方式（即ち、空冷式）の車外側熱交換器の代わりに、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行う方式（即ち、水冷式）の車外側熱交換器を採用することによって、冷媒からエンジン冷却水へ放熱させた後にラジエータを利用してエンジン冷却水から外気へ放熱させればよい。
【０００７】
しかしながら、ラジエータを含むエンジン冷却水回路には、通常ラジエータを通過するエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段（例えば、サーモスタット）が設けられており、エンジン本体に入る冷却水の温度が８０℃前後になるように流量制御されている。このため、単純に空冷式の車外側熱交換器を水冷式の車外側熱交換器に置き換えたのでは、冷媒からエンジン冷却水へ放熱する温度が８０℃以上となって、放熱能力が空冷式の車外側熱交換器を用いた場合に比べて大幅に悪化するおそれがある。
【０００８】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルを構成する車外側熱交換器としてエンジン冷却水を用いた水冷式のものを採用した車両用空調装置において、車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得る構成として、車外側熱交換器での放熱能力を十分に確保し得るようにすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成では、上記課題を解決するための手段として、冷媒圧縮用の圧縮機と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器と、通過する空気に利用熱を与える車内側熱交換器と、該車内側熱交換器への冷媒を減圧する減圧手段とを備えた冷凍サイクルを具備した車両用空調装置において、エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第１の冷却水通路を付設し、上記流量制御手段は、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体へ供給する流量の制御を行うものであり、上記エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以下の場合は流量断面積を零とし、該冷却水温度が所定温度以上の場合は、その温度に応じた流路断面積に変化させるように構成している。この構成により、流量制御手段は、エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以上の場合にのみ、その温度に応じて流路断面積を増やし、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体の入口へ流入させ、それ以外のときは、流量断面積を零としてエンジン本体の入口へ流入させないようにすることで、ラジエータを通過したエンジン冷却水の車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得るようにしている。
【００１０】
本願発明の基本構成において、前記第１の冷却水通路の出口を、前記流量制御手段に接続した場合、第１の冷却水通路を流れるエンジン冷却水の温度が高くなり過ぎることがなくなる点で好ましい。
【００１１】
また、前記ラジエータと並列に接続され、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器を付設した場合、エンジン冷却水の保有する熱を暖房熱源として利用できるとともに、車内側熱交換器との併用により除湿暖房も可能となる点で好ましく、その場合において、前記空気加熱器を、前記エンジン本体と前記第１の冷却水通路における復路部との間に接続される第２の冷却水通路に介設すれば、通路構成が簡素化できる点でより好ましい。
【００１２】
また、冷房運転時には前記第１の冷却水通路を導通し、暖房運転時には前記分第２の却水通路を導通し、除湿暖房運転時には前記第１および第２の冷却水通路の両方を導通する通路切換手段を付設した場合、冷暖房および除湿暖房が通路の切換により得られる点で好ましい。
【００１３】
また、前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側に四路切換弁を設けて、該四路切換弁の切換操作により冷凍サイクルにおける冷媒循環方向を切り換え得るように構成した場合、ヒートポンプによる冷暖房および除湿暖房が可能となり、空調能力の向上を図り得る点で好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【００１５】
第１の実施の形態
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００１６】
この車両用空調装置は、冷媒圧縮用の圧縮機１と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器２と、減圧手段３と、通過する空気に利用熱（即ち、冷熱）を与える（換言すれば、空気を冷却する）車内側熱交換器４と、アキュムレータ５とを冷媒配管６により順次接続してなる冷凍サイクルＡを備えている。
【００１７】
前記圧縮機１、車外側熱交換器２およびアキュムレータ５はエンジンルーム内に配設され、前記減圧手段３はエンジンルーム内あるいは車内に配設され、前記車内側熱交換器４は車内側にとなる空調ユニットケース（図示省略）の空調空気通路７内に配設されている。なお、前記圧縮機１は、エンジン本体８により駆動されることとなっている。符号９はエンジン本体８側のプーリ、１０は圧縮機１側のプーリ、１１はプーリ９，１０を連結するＶベルトである。
【００１８】
また、エンジン冷却水回路Ｂは、エンジン本体８（即ち、図示しないウォータジャケット）、ラジエータ１２、流量制御手段として作用するサーモスタット１３を冷却水配管１４により順次接続して構成されている。この冷却水配管１４は、エンジン本体８からラジエータ１２に至る高温配管部１４ａと、ラジエータ１２からサーモスタット１３に至る低温配管部１４ｂと、サーモスタット１３からエンジン本体８に至る出口配管部１４ｃとからなっている。
【００１９】
前記エンジン本体８、ラジエータ１２およびサーモスタット１３はエンジンルーム内に配設されている。なお、エンジン冷却水の循環は、エンジン本体８内に内蔵されているウォータポンプ（図示省略）により行われることとなっている。
【００２０】
そして、前記冷却水配管１４において前記ラジエータ１２よりも下流側であって前記サーモスタット１３よりも上流側（即ち、低温配管部１４ｂ）から前記車外側熱交換器２を経てエンジン本体８へ還流する第１の冷却水通路１５が付設されている。本実施の形態においては、前記第１の冷却水通路１５の出口は、前記サーモスタット１３に接続されている。この第１の冷却水通路１５は、前記冷却水配管１４から分岐して前記車外側熱交換器２に至る往路部１５ａと、該車外側熱交換器２から前記サーモスタット１３に至る復路部１５ｂとからなっている。
【００２１】
前記サーモスタット１３は、前記冷却水配管１４の出口配管部（即ち、エンジン本体８への入口）１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）以下である場合には前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃとだけを連通させ、前記出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超える場合には前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃを連通させるだけでなく、前記出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度に応じた流路断面積で、前記冷却水配管１４における低温配管部１４ｂと冷却水配管１４における出口配管部１４ｃとを連通させるように動作することとなっている。
【００２２】
また、前記エンジン本体８と前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂとの間には、前記エンジン冷却水回路Ｂと並列状態で第２の冷却水通路１６が接続されており、該第２の冷却水通路１６には、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器として作用するヒータコア１７が介設されている。該ヒータコア１７は、前記空調空気通路７において前記車外側熱交換器２の下流側に配設されている。
【００２３】
上記第２の冷却水通路１６は、エンジン本体８からヒータコア１７に至る入口側配管部１６ａと、ヒータコア１７から前記第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂに至る出口側配管部１６ｂとからなっており、該出口側配管部１６ｂと前記冷却水通路復路部１５ｂとは三方弁１８を介して接続されている。該三方弁１８は、冷房運転時には前記第１の冷却水通路１５を導通し、暖房運転時には前記第２の冷却水通路１６を導通する通路切換手段として作用する。
【００２４】
上記したように、本願発明においては、従来の空冷式車外側熱交換器に代えて、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を採用するようにしているので、車両前部の構造が簡素化されることとなり、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上で極めて有利となる。
【００２５】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【００２６】
（Ｉ） 冷房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→圧縮機１の順とされる。
【００２７】
一方、三方弁１８は、第１の冷却水通路１５を導通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体８→ラジエータ１２→車外側熱交換器２→三方弁１８→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００２８】
従って、車外側熱交換器２においては、ラジエータ１２を通過した後エンジン本体８により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機１から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体８に還流される。
【００２９】
車外側熱交換器２において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段３で減圧された後、車内側熱交換器４において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路７を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。
【００３０】
ところで、エンジン本体８を始動した直後には冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度は設定温度（例えば、８０℃）以下であるので、サーモスタット１３は第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃとだけを連通させている。そのため、ラジエータ１２を通って冷却水配管１４の低温配管部１４ｂに入ったエンジン冷却水は、サーモスタット１３を通過することができず、車外側熱交換器２に入って冷媒を冷却した後、サーモスタット１３を通ってエンジン本体８へ還流する。もしも、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えた場合には、サーモスタット１３は、冷却水配管１４の低温配管部１４ｂと出口配管部１４ｃとをも連通させるので、該低温配管部１４ｂから第１の冷却水通路１５（換言すれば、車外側熱交換器２）に流れていたエンジン冷却水の一部はサーモスタット１３を通ってエンジン本体８へ還流する。
【００３１】
従って、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）以下でもエンジン冷却水はラジエータ１２を通り、なお且つラジエータ１２を出たエンジン冷却水はエンジン本体８に加熱されることなく直接車外側熱交換器２に供給されることとなる。その結果、日常のほとんどの車両運転条件において、車外側熱交換器２に供給されるエンジン冷却水の温度は設定温度（例えば、８０℃）よりも大幅に低く維持され、冷媒の凝縮温度並の６０℃前後、あるいはそれ以下となり、日常のほとんどの車両運転条件において、従来の空冷式の車外側熱交換器を用いた場合と同等あるいはそれ以上の冷房能力を発揮することができるのである。
【００３２】
（ＩＩ） 暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける圧縮機１は運転停止され、三方弁１８は、第２の冷却水通路１６を導通するように切り換えられる。そのため、冷却水通路１５の復路部１５ｂは出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器２に入ることができない。また、エンジン本体８を始動した直後には冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度は設定温度（例えば、８０℃）以下であるので、サーモスタット１３は第１の冷却水通路１５における復路部１５ｂと前記出口配管部１４ｃとだけを連通させている。そのため、ラジエータ１２を通って冷却水配管１４の低温配管部１４ｂに入ったエンジン冷却水は、サーモスタット１３を通過することができず、前記出口配管部１４ｃには入れない。
【００３３】
従って、エンジン本体８の冷却水は、点線矢印で示すように、第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａに入り、ヒータコア１７で空調空気通路７を流れる空気と熱交換して冷却された後、第２の冷却水通路１６の出口側配管部１６ｂ、三方弁１８、第１の冷却水通路１５の復路部１５ｂ、サーモスタット１３および冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを経てエンジン本体８に還流する。そして、ヒータコア１７を通過する際にエンジン冷却水により加熱された空気は、温風となって車室内を暖房する。もしも、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えた場合には、サーモスタット１３は、冷却水配管１４の低温配管部１４ｂと出口配管部１４ｃとをも連通させるので、該エンジン本体８からのエンジン冷却水の一部はラジエータ１２を通過した後サーモスタット１３を通ってエンジン本体８へ還流する。
【００３４】
上記したように、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えないかぎり、エンジン冷却水はラジエータ１２を通らないので、暖房に支障を生じることはない。
【００３５】
第２の実施の形態
図２には、本願発明の第２の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００３６】
この場合、第１の実施の形態における三方弁１８を廃止して、第１の冷却水通路１５における往路部１５ａに開閉弁１９を介設している。該開閉弁１９は、冷房運転時および除湿暖房運転時には前記第１の冷却水通路１５を導通し、暖房運転時には前記第１の冷却水通路１５を非導通とする通路切換手段として作用することとなっている。その他の構成は第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００３７】
上記のように構成された車両用空調装置においては、冷房運転時には開閉弁１９が開作動され、エンジン冷却水は、実線矢印で示すように、大部分がエンジン本体８→ラジエータ１２→開閉弁１９→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環するとともに、一部がエンジン本体８→ヒータコア１７→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環する。ところで、ヒータコア１７を通るエンジン冷却水の流量は、ラジエータ１２および車外側熱交換器２を通るエンジン冷却水の流量よりも大幅に少ない。その理由は、ヒータコア１７の通水抵抗係数がラジエータ１２および車外側熱交換器２の通水抵抗係数と比較して遥かに大きいからである。
【００３８】
従って、冷房運転時においては、車内側熱交換器４とヒータコア１７との間にダンパ（図示省略）を設けておき、該ダンパにより空調空気通路７における車室内熱交換器４とヒータコア１７との間を閉止して車内側熱交換器４を通過した冷風をヒータコア１７を通さずに車室内に供給するようにすれば、良好な冷房運転が行える。また、前記ダンパを開作動させて、空調空気通路７を流れる空気が車内側熱交換器４を通過した後ヒータコア１７を通過するようにすれば、除湿暖房が行える。なお、開閉弁１９に代えて絞り弁を用いれば、気温等の環境条件に応じて絞り弁の流路断面積を調節することにより、ヒータコア１７を通るエンジン冷却水の流量と、ラジエータ１２および車外側熱交換器２を通るエンジン冷却水の流量との比率を調節できるので、除湿暖房を行う際にもきめ細かな室温制御が可能となる。その他の作用効果は暖房は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００３９】
第３の実施の形態
図３には、本願発明の第３の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００４０】
この場合、冷凍サイクルＡにおける圧縮機１の吐出側に四路切換弁２０を設けて、該四路切換弁２０の切換作動により、前記冷凍サイクルＡを循環する冷媒の循環方向を変更（即ち、冷房運転時および除湿暖房運転時には圧縮機１の吐出側を車外側熱交換器２に、吸入側を車内側熱交換器４に連通させる一方、暖房運転時には圧縮機１の吐出側を車内側熱交換器４に、吸入側を車外側熱交換器２に連通させるように変更）して、前記車内側熱交換器４での冷媒状態を変化させることにより、該車内側熱交換器４を通過する空気に利用熱（即ち、温熱あるいは冷熱）を与えて加熱あるいは冷却するように構成されている。
【００４１】
一方、第１の冷却水通路１５の往路部１５ａは、冷却水配管１４の低温配管部１４ｂにおけるサーモスタット１３の上流側から分岐して第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａに至る第１往路部１５ａ1と、第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａにおける前記第１往路部１５ａ1の下流側から車外側熱交換器２に至る第２往路部１５ａ2とからなっており、前記第１往路部１５ａ1と第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａとは三方弁２１を介して接続されている。従って、三方弁１８，２１が、冷房運転時には前記第１の冷却水通路１５を導通し、暖房運転時には前記第２の冷却水通路１６を導通し、除湿暖房運転時には前記第１および第２の冷却水通路１５，１６の両方を導通する通路切換手段として作用することとなっている。その他の構成は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００４２】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【００４３】
（Ｉ） 冷房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００４４】
一方、三方弁１８は、第１の冷却水通路１５を導通するように切り換えられるとともに、三方弁２１は、第１の冷却水通路１５の第１往路部１５ａ1と第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａとを連通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体８→ラジエータ１２→三方弁２１→車外側熱交換器２→三方弁１８→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００４５】
従って、車外側熱交換器２においては、ラジエータ１２を通過した後エンジン本体８により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機１から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体８に還流される。
【００４６】
車外側熱交換器２において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段３で減圧された後、車内側熱交換器４において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路７を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。冷房運転時におけるその他の作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００４７】
（ＩＩ） ヒートポンプ暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、点線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車内側熱交換器４→減圧手段３→車外側熱交換器２→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００４８】
一方、三方弁１８は、第１の冷却水通路１５を導通するように切り換えられるとともに、三方弁２１は、第２の冷却水通路１６の入口側配管部１６ａを導通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、点線矢印で示すように、エンジン本体８→三方弁２１→車外側熱交換器２→三方弁１８→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００４９】
従って、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）に達するまでの間は、エンジン本体８から出たエンジン冷却水は車外側熱交換器２に供給され、該車外側熱交換器２において冷媒を加熱した後サーモスタット１３を経てエンジン本体８に還流する。
【００５０】
車外側熱交換器２において加熱された冷媒は、蒸発気化した後、圧縮機１に吸入されるが、圧縮機１から吐出されて車内側熱交換器４に供給されたガス冷媒は、空調空気通路７を流れる空気に冷却されて凝縮液化する。その際に生ずる凝縮潜熱により空気は加熱されて温風となり、該温風によって車室内の暖房が行われる。
【００５１】
上記したように、エンジン冷却水は、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）を超えないかぎり、ラジエータ１２やヒータコア１７を通過することなく、エンジン本体８を出て車外側熱交換器２のみを通ってエンジン本体８に還流される。このため、エンジン冷却水の保有する熱は、外気に放出されることなく冷媒に吸熱されるし、車内側熱交換器４によって冷却水温度以上に加熱された空気がヒータコア１７を通過する際に再冷却されることもない。従って、極めて効率の良いヒートポンプ暖房が行えるのである。
【００５２】
（ＩＩＩ） ヒータコア暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける圧縮機１は運転停止され、三方弁１８，２１は、第２の冷却水通路１６を導通するように切り換えられる。なお、エンジン冷却水の循環方向は、１点鎖線矢印で示すようになる。そのため、冷却水通路１５の復路部１５ｂは出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器２に入ることができない。ヒータコア暖房運転時におけるその他の作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００５３】
第４の実施の形態
図４には、本願発明の第４の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【００５４】
この場合、第１の冷却水通路１５における往路部１５ａと第２の冷却水通路１６における入口側配管部１６ａとをバイパス通路２２で接続するとともに、三方弁１８，２１を廃止し、第１の冷却水通路１５における往路部１５ａにおいて前記バイパス通路２２の接続部より上流側となる位置と、前記バイパス通路２２および第２の冷却水通路１６における出口側配管部１６ｂとにそれぞれ開閉弁２３，２４，２５を設けた点が第３の実施の形態と相異しているのみであり、その他の構成は第３の実施の形態と同様である。
【００５５】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【００５６】
（Ｉ） 冷房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００５７】
一方、開閉弁２３は開作動され、開閉弁２４，２５は閉作動されており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体８→ラジエータ１２→開閉弁２３→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００５８】
従って、車外側熱交換器２においては、ラジエータ１２を通過した後エンジン本体８により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機１から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体８に還流される。
【００５９】
車外側熱交換器２において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段３で減圧された後、車内側熱交換器４において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路７を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。冷房運転時におけるその他の作用効果は第３の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６０】
（ＩＩ） ヒートポンプ暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、点線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車内側熱交換器４→減圧手段３→車外側熱交換器２→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００６１】
一方、開閉弁２４は開作動され、開閉弁２３，２５は閉作動されており、エンジン冷却水の循環方向は、点線矢印で示すように、エンジン本体８→開閉弁２４→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８の順とされる。
【００６２】
従って、冷却水配管１４の出口配管部１４ｃを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度（例えば、８０℃）に達するまでの間は、エンジン本体８から出たエンジン冷却水は車外側熱交換器２に供給され、該車外側熱交換器２において冷媒を加熱した後サーモスタット１３を経てエンジン本体８に還流する。ヒートポンプ暖房運転時におけるその他の作用効果は第３の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６３】
（ＩＩＩ） 除湿暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機１四路切換弁２０→→車外側熱交換器２→減圧手段３→車内側熱交換器４→アキュムレータ５→四路切換弁２０→圧縮機１の順とされる。
【００６４】
一方、開閉弁２３，２５は開作動され、開閉弁２４は閉作動されており、エンジン冷却水は、２点鎖線矢印で示すように、大部分がエンジン本体８→ラジエータ１２→開閉弁２３→車外側熱交換器２→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環するとともに、一部がエンジン本体８→ヒータコア１７→開閉弁２５→サーモスタット１３→エンジン本体８と循環する。
【００６５】
従って、車内側熱交換器４において冷却除湿された空気が、ヒータコア１７において加熱されて除湿温風となり、該除湿温風により車室内が暖房されることとなる。
【００６６】
なお、開閉弁２３に代えて絞り弁を用いれば、気温等の環境条件に応じて絞り弁の流路断面積を調節することにより、ヒータコア１７を通るエンジン冷却水の流量と、ラジエータ１２および車外側熱交換器２を通るエンジン冷却水の流量との比率を調節できるので、除湿暖房を行う際にもきめ細かな室温制御が可能となる。その他の作用効果は暖房は第３の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６７】
（ＩＶ） ヒータコア暖房運転時
冷凍サイクルＡにおける圧縮機１は運転停止され、開閉弁２３，２４は閉差動され、開閉弁２５は開作動される。なお、エンジン冷却水の循環方向は、１点鎖線矢印で示すようになる。そのため、冷却水通路１５の往路部１５ａは開閉弁２３により出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器２に入ることができない。ヒータコア暖房運転時におけるその他の作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００６８】
【発明の効果】
本願発明によれば、空冷式の車外側熱交換器に代えてエンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を採用した車両用空調装置において、エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第１の冷却水通路を付設して、エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以上の場合にのみ、その温度に応じて流量制御手段の流路断面積を増やしてラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体の入口へ流入させることにより、車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得るようにしたので、日常のほとんどの車両運転条件において、従来の空冷式の車外側熱交換器を用いた場合と同等あるいはそれ以上の冷房能力を発揮することができるとともに、車両前部の構造が簡素化されることとなって、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上で極めて有利となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図２】本願発明の第２の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図３】本願発明の第３の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図４】本願発明の第４の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１は圧縮機、２は車外側熱交換器、３は減圧手段、４は車内側熱交換器、８はエンジン本体、１２はラジエータ、１３は流量制御手段（サーモスタット）、１４は冷却水配管、１５は第１の冷却水通路、１６は第２の冷却水通路、１７は空気加熱器（ヒータコア）、１８は通路切換手段（三方弁）、１９は通路切換手段（開閉弁）、２０は四路切換弁、２１は通路切換手段（三方弁）、２３，２４，２５は通路切換手段（開閉弁）、Ａは冷凍サイクル。
Claims (6)
- 冷媒圧縮用の圧縮機と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器と、通過する空気に利用熱を与える車内側熱交換器と、該車内側熱交換器への冷媒を減圧する減圧手段とを備えた冷凍サイクルを具備した車両用空調装置であって、
エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第１の冷却水通路を付設し、
上記流量制御手段は、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体へ供給する流量の制御を行うものであり、上記エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以下の場合は流量断面積を零とし、該冷却水温度が所定温度以上の場合は、その温度に応じた流路断面積に変化させるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。 - 前記第１の冷却水通路の出口は、前記流量制御手段に接続されていることを特徴とする前記請求項１記載の車両用空調装置。
- 前記ラジエータと並列に接続され、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器を付設したことを特徴とする前記請求項１および請求項２のいずれか一項記載の車両用空調装置。
- 前記空気加熱器は、前記エンジン本体と前記第１の冷却水通路における復路部との間に接続される第２の冷却水通路に介設されていることを特徴とする前記請求項３記載の車両用空調装置。
- 冷房運転時には前記第１の冷却水通路を導通し、暖房運転時には前記第２の冷却水通路を導通し、除湿暖房運転時には前記第１および第２の冷却水通路の両方を導通する通路切換手段が付設されていることを特徴とする前記請求項４記載の車両用空調装置。
- 前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側に四路切換弁を設けて、該四路切換弁の切換操作により冷凍サイクルにおける冷媒循環方向を切り換え得るように構成したことを特徴とする前記請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の車両用空調装置。
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