JPH1134640A - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置

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JPH1134640A JP9198831A JP19883197A JPH1134640A JP H1134640 A JPH1134640 A JP H1134640A JP 9198831 A JP9198831 A JP 9198831A JP 19883197 A JP19883197 A JP 19883197A JP H1134640 A JPH1134640 A JP H1134640A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冬期には、車載発熱部品の冷却熱を有効利用
して暖房を可能とし、一方、夏期には車載発熱部品の冷
却を十分可能とする。 【解決手段】 冷凍サイクル２０の圧縮機２１吐出側
に、圧縮機吐出ガス冷媒により冷却水を加熱する水冷媒
熱交換器３１を設け、サイクル中間圧力の冷媒により車
載発熱部品２５ａを冷却する冷却器２５を設ける。空調
ダクト２には蒸発器２３および温水ヒータコア４３を設
置する。冷却水回路４０には水冷媒熱交換器３１と温水
ヒータコア４３の他に、エンジン４１とラジエータ４２
と電動ポンプ４４とを備える。車載発熱部品２５ａの冷
却熱を圧縮機２１で汲み上げた後、冷却水に放熱するこ
とができ、高外気温時でも、発熱部品を十分冷却でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車（Ｅ
Ｖ）、ハイブリッド車（ＨＶ）用として好適な車両用空
調装置に関するもので、特に、車載発熱部品の冷却とそ
の冷却熱（廃熱）の有効利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＥＶ、ＨＶ用の空調装置とし
て、冬期に車載発熱部品の冷却熱を有効利用して暖房を
行うシステムが提案されている。例えば、特開平８−２
５８５４８号公報には車載発熱部品の冷却熱をヒートポ
ンプの吸熱源として用いて、暖房に利用する空調装置が
示されている。また、特開平８−１９７９３７号公報に
は車載発熱部品の冷却熱で暖められた冷却水をヒートポ
ンプにてさらに加熱して暖房を行う空調装置が示されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
装置では、いずれも、夏期には車載発熱部品の冷却を冷
却水で行い、この冷却水をラジエータに循環し、ラジエ
ータにて冷却水の熱を外気に放熱しているため、外気温
度が４０℃を越えるような夏期高温時には冷却水温度が
６５℃程度に上昇するため、車載発熱部品の冷却を十分
に行うことができないという問題がある。
【０００４】本発明は上記点に鑑みて、冬期には、車載
発熱部品の冷却熱を有効利用して暖房を可能とし、一
方、夏期には車載発熱部品の冷却を十分可能にする車両
用空調装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、冷凍サイクルの圧縮機
（２１）吐出側に、圧縮機吐出ガス冷媒と冷却水との間
で熱交換を行って、この冷却水を加熱する水冷媒熱交換
器（３１）を設けるとともに、サイクル高圧側の液冷媒
を高圧側の減圧手段（２４）で中間圧力まで減圧し、こ
の中間圧力の冷媒が流入する冷却器（２５）を設け、こ
の冷却器（２５）において中間圧力の冷媒が車両搭載の
発熱部品（２５ａ）から吸熱して蒸発することにより、
発熱部品（２５ａ）の冷却を行い、空調空気通路（２）
には、サイクル低圧側の冷媒を空気から吸熱して蒸発さ
せ、空気を冷却する蒸発器（２３）を設置し、空調空気
通路（２）において、蒸発器（２３）の空気下流側に、
空気を冷却水と熱交換して加熱する温水ヒータコア（４
３）を設置し、さらに、この温水ヒータコア（４３）に
冷却水を循環する冷却水回路（４０）に、車両の駆動力
を直接または間接的に得るためのエンジン（４１）と、
冷却水を外気との間で熱交換して冷却するラジエータ
（４２）と、冷却水を冷却水回路（４０）に循環させる
ポンプ（４４）と、水冷媒熱交換器（３１）とを備える
ことを特徴としている。
【０００６】これによると、車両空調用冷凍サイクルの
中間圧力冷媒で車載発熱部品（２５ａ）を冷却するとと
もに、冷凍サイクルの圧縮機吐出冷媒と冷却水とを熱交
換する水冷媒熱交換器（３１）を用いることにより、車
載発熱部品（２５ａ）の冷却熱を圧縮機（２１）で汲み
上げた後、冷却水に放熱することができる。従って、夏
期の高外気温時であっても、中間圧力冷媒で十分に車載
発熱部品（２５ａ）を冷却することができる。
【０００７】しかも、夏期冷房時の冷凍サイクルの放熱
を、凝縮器（２２）だけでなく、水冷媒熱交換器（３
１）を通してラジエータ（４２）でも放熱することがで
きるため、サイクル全体としての放熱能力を向上でき
る。そのため、高圧の上昇を抑制して圧縮機（２１）の
消費動力（消費電力）を低減できる。さらに、冬期暖房
時には車両搭載の発熱部品（２５ａ）の廃熱を利用して
水冷媒熱交換器（３１）を通して冷却水を加熱し、この
冷却水を用いて効果的に暖房を行うことが可能となる。
従って、エンジン廃熱がない場合でも暖房が可能とな
る。
【０００８】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の発明に対して、ガスインジェクション機能を持つ
冷凍サイクルを構成しているから、ガスインジェクショ
ン機能による圧縮機（２１）での圧縮比の低下による圧
縮動力の低減、水冷媒熱交換器（３１）への冷媒循環量
増大による暖房能力増大等の効果を発揮できる。また、
請求項３記載の発明では、車載発熱部品（２５ａ）の冷
却器（２５）の下流側に、中間圧力の冷媒を外気と熱交
換して凝縮させる補助凝縮器（２９）およびこの補助凝
縮器（２９）をバイパスするバイパス通路（３０ａ）を
配置し、このバイパス通路（３０ａ）に開閉弁（３０）
を配置し、中間圧力の冷媒の温度に相当する物理量を検
出する検出手段（６９）と、外気温度を検出する検出手
段（６６）とを備え、中間圧力の冷媒の温度が外気温度
より低い場合は、開閉弁（３０）を開いて、中間圧力の
冷媒を前記補助凝縮器（２９）をバイパスして流すこと
を特徴としている。
【０００９】これによると、補助凝縮器（２９）におい
て、中間圧力の冷媒が外気から吸熱してサイクル効率を
悪化させるという不具合を確実に防止でき、一方、中間
圧力の冷媒を補助凝縮器（２９）にて冷却、凝縮できる
条件のときは、補助凝縮器（２９）による冷媒凝縮作用
によりサイクル能力を増大できる。また、請求項４記載
の発明では、少なくとも冷房運転時には、ラジエータ
（４２）で冷却された冷却水が水冷媒熱交換器（３１）
に流入するようにしたことを特徴としている。
【００１０】これによると、ラジエータ（４２）で冷却
された低温の冷却水にて水冷媒熱交換器（３１）におけ
る吐出ガス冷媒を効率よく冷却できる。また、請求項５
記載の発明では、少なくとも暖房運転時には水冷媒熱交
換器（３１）で加熱された冷却水が温水ヒータコア（４
３）に流入するようにしたことを特徴としている。
【００１１】これによると、水冷媒熱交換器（３１）で
加熱された冷却水が冷却水回路（４０）の他の箇所で放
熱することなく、直ちに温水ヒータコア（４３）に流入
するから、効果的に暖房能力を向上できる。また、請求
項６記載の発明では、ラジエータ（４２）をバイパスし
て冷却水を流すバイパス通路（４８）と、このバイパス
通路（４８）を開閉する開閉弁（４６）と、冷却水回路
（４０）の冷却水温度を検出する検出手段（６５）とを
備え、暖房運転時に冷却水温度が所定値より低い場合
は、開閉弁（４６）を開いて、ラジエータ（４２）をバ
イパスして冷却水を流すことを特徴としている。
【００１２】これによると、冷却水温度の低いときに、
ラジエータ（４２）における冷却水の放熱を防止して、
暖房能力を確保できる。また、請求項７記載の発明で
は、ラジエータ（４２）を通過する冷却水流量とラジエ
ータ（４２）をバイパスする冷却水流量の比率を冷却水
温度に応じて制御する流量制御弁（４５）を備えること
を特徴としている。
【００１３】これによると、流量制御弁（４５）の作用
にてラジエータ（４２）への冷却水通過流量の比率を制
御することにより、冷房、暖房の運転条件の変化に対応
した、適切な冷却水温度を設定できる。なお、上記各手
段および特許請求の範囲に記載の各手段に付した括弧内
の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応
関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明の一実施形態による車
両用空調装置の全体システム構成を示す。図１は、車両
走行駆動源としてエンジン（内燃機関）４１と、モータ
（図示せず）の両方を具備するハイブリッド車（ＨＶ）
に本発明を適用した場合を示している。車両用空調ユニ
ット１は、車両の車室内前部の計器盤下部に設置される
ものであって、その空調ダクト２は、車室内に空調空気
を導く空調用通路を構成している。
【００１５】この空調ダクト２の一端側には内外気を吸
入する吸入口４、５が設けられている。内気吸入口４と
外気吸入口５は内外気切替ドア６により切替開閉され
る。この内外気切替ドア６はサーボモータ５４により開
閉制御される。上記吸入口４、５に隣接して、空調ダク
ト２内に空気を送風する送風機３が設置されており、こ
の送風機３はモータ３ａとこのモータ３ａにより駆動さ
れる遠心ファン３ｂとにより構成されている。一方、空
調ダクト２の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出口
７、８、９が形成されている。これらの吹出口７、８、
９は吹出モード切替ドア１０、１１、１２によりそれぞ
れ切替開閉され、フェイス、バイレベル、フット、デフ
ロスタ等の吹出モードが設定される。
【００１６】また、送風機３より空気下流側における空
調ダクト２内には冷凍サイクル２０の蒸発器２３が設け
られている。この蒸発器２３は、冷凍サイクルの低圧冷
媒が空気から吸熱して、空気を冷却するものである。さ
らに、蒸発器２３より空気下流側には冷却水回路４０の
温水ヒータコア４３が設けられており、この温水ヒータ
コア４３は冷却水（温水）を熱源として空気を加熱する
ものである。
【００１７】この温水ヒータコア４３の側方にはバイパ
ス路４３ａが形成され、また、温水ヒータコア４３の空
気入口部にはエアミックスドア１３が回動自在に配設さ
れている。このエアミックスドア１３は、温水ヒータコ
ア４３を通過する空気（温風）の流れと、バイパス路４
３ａを通過して温水ヒータコア４３をバイパスする空気
（冷風）の流れとを調整する。このエアミックスドア１
３はサーボモータ５５により開度（回動量）が制御され
る。
【００１８】次に、冷凍サイクル２０の構成について説
明する。冷凍サイクルは前記蒸発器２３の他に、以下の
機器により構成されている。すなわち、圧縮機２１はモ
ータ（図示せず）により駆動される電動式であり、圧縮
機２１の吐出側には水冷媒熱交換器３１が設けられてい
る。この水冷媒熱交換器３１には、圧縮機２１の吐出ガ
ス冷媒が流れる冷媒流路３１ａと後述の冷却水回路４０
の冷却水が流れる冷却水通路３１ｂが設けられ、冷媒流
路３１ａの圧縮機吐出ガス冷媒と、冷却水通路３１ｂの
冷却水との間で熱交換を行うようになっている。
【００１９】この水冷媒熱交換器３１の下流側には凝縮
器２２が設けられ、ここで、ガス冷媒は外気と熱交換を
行って冷却され、凝縮する。この凝縮器２２には並列に
バイパス通路３２ａが設けられ、このバイパス通路３２
ａを電磁弁３２により開閉する。この凝縮器２２とバイ
パス通路３２ａの並列回路の下流側には第１電気膨張弁
（第１減圧手段、高圧側減圧手段）２４が設けられ、こ
の第１電気膨張弁２４により高圧冷媒を第１中間圧力ま
で減圧する。第１電気膨張弁２４は第１中間圧力が目標
圧力となるように弁開度（絞り量）が電気的に制御され
る。
【００２０】そして、第１電気膨張弁２４の下流側に冷
却器２５が設けられ、この冷却器２５は第１中間圧力冷
媒にて車両搭載の発熱部品２５ａを冷却する。ここで、
車両搭載の発熱部品２５ａとしては、例えばＨＶ、ＥＶ
車両の走行用モータおよびその回転数制御用インバータ
の半導体スイッチ素子（パワートランジスタ）、車載バ
ッテリ等である。
【００２１】冷却器２５の下流側に補助凝縮器２９が設
けられ、この補助凝縮器２９は、第１中間圧冷媒と外気
との間で熱交換を行うことにより、第１中間圧冷媒を凝
縮する。この補助凝縮器２９にもバイパス通路３０ａが
並列に設けられ、このバイパス通路３０ａを電磁弁３０
にて開閉する。この補助凝縮器２９と電磁弁３０の並列
回路の下流側に第２電気膨張弁（第２減圧手段）２６が
設けられ、この第２電気膨張弁２６は第１中間圧力冷媒
をさらに第２中間圧力まで減圧する。この第２電気膨張
弁２６は第２中間圧力が目標圧力となるように弁開度
（絞り量）が電気的に制御される。
【００２２】第２電気膨張弁２６の下流側に気液分離器
２７が設けられ、この気液分離器２７は第２中間圧力の
冷媒の気液分離を行うと共に液冷媒を溜める機能を果た
す。この気液分離器２７で気液分離された液冷媒は、温
度式膨張弁（第３減圧手段、低圧側減圧手段）２８によ
り低圧圧力まで減圧される。この温度式膨張弁２８は蒸
発器２３の出口冷媒（圧縮機吸入冷媒）の温度を感知す
る感温筒２８ａを有し，蒸発器出口冷媒の過熱度が所定
値に維持されるように弁開度（冷媒流量）を調整する。
【００２３】圧縮機２１は、冷凍サイクル低圧側の冷媒
を吸入ポート２１ｃから吸入し中間圧力まで圧縮する低
段側圧縮部２１ａ（図２のモリエル線図参照）と、中間
圧力まで圧縮されたガス冷媒とガスインジェクションポ
ート２１ｄから流入するガス冷媒の混合ガスを吐出圧力
まで圧縮し吐出ポート２１ｅから吐出する高段側圧縮部
２１ｂとからなるガスインジェクション型圧縮機で、例
えば、スクロール圧縮機からなる。
【００２４】また、冷媒圧縮機２１のモータにはインバ
ータ５２により交流電圧が印加され、このインバータ５
２により交流電圧の周波数を調整することによってモー
タ回転速度を連続的に変化させるようになっている。こ
のインバータ５２には車載バッテリ５３からの直流電圧
が印加される。一方、冷却水回路４０には、直接および
間接的に車両の駆動源となるエンジン（内燃機関）４１
の冷却部４１ａが設けられている。ここで、エンジン４
１はその動力を直接、機械的に取り出して車両の走行駆
動源として利用する場合の他に、エンジン４１を発電機
駆動専用として用いる場合もある。この場合は発電機の
発電出力にて走行用モータの駆動および車載バッテリ５
３への充電を行って、車両の走行を行う。
【００２５】冷却水回路４０には、エンジン４１の停止
時も車載バッテリ５３を電源として駆動可能な電動ウォ
ータポンプ４４、冷却水を外気と熱交換して冷却するラ
ジエータ４２、前記した水冷媒熱交換器３１の冷却水流
路３１ｂ、および前記温水ヒータコア４３がエンジン４
１と直列に配置されて、冷却水の循環する閉回路を構成
する。電動ウォータポンプ４４は、エンジン４１からラ
ジエータ４２に向かう方向（矢印方向）に冷却水を圧送
する。
【００２６】また、ラジエータ４２と水冷媒熱交換器３
１の冷却水流路３１ｂをバイパスする第１バイパス通路
４７を設けるとともに、ラジエータ４２と流量制御弁４
５をバイパスする第２バイパス通路４８が設けられてい
る。流量制御弁４５はラジエータ４２の入口部と第１バ
イパス通路４７の入口部との分岐点に設けられている。
この流量制御弁４５は三方弁タイプのもので、ラジエー
タ４２で放熱をする冷却水量とラジエータ４２をバイパ
スする冷却水量の比率を連続的（リニア）に可変制御可
能なものである。このため、流量制御弁４５は弁開度を
電気的に調整可能に構成されている。一方、第２バイパ
ス通路４８には通路を開閉する電磁弁４６が設けられて
いる。
【００２７】ところで、上記の流量制御弁４５、電磁弁
４６等の電気機器を通電制御するために空調制御装置５
１が備えられており、この空調用制御装置５１はマイク
ロコンピュータとその周辺回路にて構成される電子制御
装置である。空調用制御装置５１は、上記弁類の他に、
インバータ５２、内外気ドア用サーボモータ５４、エア
ミックスドア用サーボモータ５５、電動ウォータポンプ
４４、送風機３、外気送風ファン２２ａ、２９ａ、４２
ａ等の通電制御も行う。
【００２８】空調用制御装置５１には次の各種センサ等
から入力信号が加えられる。すなわち、圧縮機吐出ガス
冷媒の温度を検出する吐出温度センサ６１、蒸発器２３
の吹出直後の空気温度を検出する蒸発器後温度センサ６
２、水冷媒熱交換器３１の冷却水入口温度を検出する水
冷媒入口温度センサ６３、温水ヒータコア４３の入口水
温を検出するヒータコア入口水温センサ６４、エンジン
冷却部４１ａの出口水温を検出するエンジン水温センサ
６５、外気温度を検出する外気温センサ６６、車室内の
空気温度を検出する内気温度センサ６７、発熱部品２５
ａの冷却温度を検出する冷却温度センサ６８、発熱部品
冷却器２５の冷媒温度を検出する中間圧冷媒温度センサ
６９、および空調コントロールパネル５６の温度制御レ
バー５６ａ等の各種レバー、スイッチからの空調操作信
号が空調用制御装置５１に入力される。
【００２９】次に、上記構成において作動を説明する。
図３は空調用制御装置５１による制御ルーチンを示すも
ので、空調コントロールパネル５６の空調作動スイッチ
（図示せず）の投入により制御ルーチンが起動し、ステ
ップ１００において、空調装置が冷房運転にあるか暖房
運転にあるかを判定する。この判定は、例えば、空調コ
ントロールパネル５６の温度制御レバー５６ａの操作位
置が低温側（冷房側）にあるか、高温側（暖房側）にあ
るかによって行う。
【００３０】ステップ１００において冷房運転が判定さ
れると、ステップ１０１に進み、冷凍サイクル２０の電
磁弁３２および冷却水回路４０の電磁弁４６を閉弁す
る。冷房運転時において、エンジン４１が通常の負荷条
件で作動している時には、ラジエータ４２の放熱性能に
より水冷媒熱交換器３１に流入する冷却水温度が概略６
０°Ｃ付近であり、一方、圧縮機２１から吐出されるガ
ス冷媒温度は通常８０°Ｃ付近である。
【００３１】従って、水冷媒熱交換器３１において、冷
却水温度が冷媒温度より低くくなっているので、圧縮機
２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は水冷媒熱交換
器３１で冷却水に放熱を行い、冷却される。その結果、
圧縮機吐出ガス冷媒の一部は水冷媒熱交換器３１の冷媒
通路３１ａにて凝縮する。ここで、冷房時には上述のご
とくステップ１０１にて、冷凍サイクルの電磁弁３２が
閉じているため、水冷媒熱交換器３１の冷媒通路３１ａ
を出た冷媒は凝縮器２２で外気と熱交換を行い、冷却さ
れ、凝縮する。
【００３２】この高温、高圧の液冷媒は、次に第１電気
膨張弁２４で第１中間圧力まで減圧され、気液二相状態
となる。そして、この気液二相冷媒は冷却器２５に流入
して車両搭載の発熱部品２５ａを冷却する。すなわち、
冷却器２５において、気液二相冷媒中の液冷媒は車両搭
載の発熱部品２５ａから吸熱して蒸発するとともに発熱
部品２５ａを冷却する。
【００３３】ここで、冷却温度センサ６８により検出さ
れる発熱部品２５ａの冷却温度が所定値（例えば外気温
度＋５℃）となるよう、発熱部品２５ａの発熱量に応じ
て第１中間圧力冷媒温度が第１電気膨張弁２４により制
御される。つまり、発熱部品２５ａの発熱量が大きいと
きは冷却量を増やす必要があるため、第１電気膨張弁２
４の開度を小さくして（絞り量を大きくして）第１中間
圧力（冷媒温度）を低くする。
【００３４】一方、発熱部品２５ａの発熱量が小さいと
きは冷却量は少なくてよいため、第１電気膨張弁２４の
開度を大きくして（絞り量を小さくして）第１中間圧力
（冷媒温度）を高くする。これにより、車両搭載の発熱
部品２５ａの発熱量、外気温度が変化しても、常に必要
な量だけ発熱部品２５ａを適切に冷却することができ
る。
【００３５】一方、中間圧冷媒温度センサ６９で検出さ
れた冷媒温度が外気温度より高い場合には、図３のステ
ップ１０２の判定がＹＥＳとなり、ステップ１０３に進
み電磁弁３０を閉じる。従って、発熱部品冷却器２５か
ら出た冷媒は、補助凝縮器２９に流入し、外気と熱交換
を行い再び冷却され、凝縮する。これに反し、第１中間
圧力の冷媒温度が外気温度より低い場合には、ステップ
１０２からステップ１０４に進み、電磁弁３０を開く。
そのため、第１中間圧力冷媒はバイパス通路３０ａを通
過して補助凝縮器２９をバイパスし、第２電気膨張弁２
６に流入する。このように、第１中間圧力の冷媒温度が
外気温度より低い場合には第１中間圧力冷媒がバイパス
通路３０を通過して補助凝縮器２９をバイパスすること
により、第１中間圧力冷媒が外気から吸熱するという不
具合を未然に防止できる。
【００３６】そして、第２電気膨張弁２６で第１中間圧
力冷媒は第２中間圧力まで減圧された後、気液分離器２
７に流入する。気液分離器２７で二相冷媒はガスと液に
分離されガス冷媒はガスインジェクション配管２１ｆを
通り、ガスインジェクションポート２１ｄより圧縮機２
１の圧縮過程の途中に吸入される。一方、気液分離器２
７内の液冷媒は温度式膨張弁２８で低圧圧力まで減圧さ
れ蒸発器２３に流入する。なお、温度式膨張弁２８では
蒸発器２３の出口で冷媒が完全に蒸発するよう冷媒流量
を制御している。
【００３７】空調ユニット１において、送風機３により
送風される空気は蒸発器２３で冷媒と熱交換を行って冷
却され、車室内の冷房を行う。ここで、冷媒は蒸発器２
３で蒸発してガス化し、そのガス冷媒は、吸入ポート２
１ｃより圧縮機２１に吸入されて、圧縮される。図２の
モリエル線図は、上記した冷凍サイクルの各機器におけ
る冷媒の状態を示している。
【００３８】次に、冷房時における冷却水回路４０の作
動を図４に基づいて説明すると、図４の横軸はエンジン
水温センサ６５により検出されるエンジン冷却部４１ａ
の出口水温をとり、縦軸は流量制御弁４５により制御さ
れるラジエータ通過流量の比率（ラジエータ通過流量／
流量制御弁４５への全流量）である。この図４の制御特
性（マップ）は、予め設定され、空調用制御装置５１の
マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されているもので
あって、冷房時にはラジエータバイパス通路４８の電磁
弁４６が閉じているので、流量制御弁４５によりラジエ
ータ通過流量を制御できる。
【００３９】そこで、図３のステップ１０５において、
図４の制御特性に従ってエンジン冷却部４１ａの出口水
温に対応したラジエータ通過流量の比率を決定し、この
ラジエータ通過流量比率となるように流量制御弁４５を
作動制御（弁体開度の連続的制御あるいは弁体開閉のデ
ューティ比制御等）する。そして、冷房時にエンジン４
１が停止している場合は、図４の特性図から冷却水のラ
ジエータ通過流量の比率＝１となるように、流量制御弁
４５がバイパス通路４７を全閉し、ラジエータ４２への
入口流路を全開する状態に操作される。従って、電動ウ
ォータポンプ４４から出た冷却水は、流量制御弁４５を
通過して、その全流量がラジエータ４２に流入する。
【００４０】これにより、冷却水の全流量がラジエータ
４２で外気と熱交換して冷却される。この冷却されて低
温となった冷却水は水冷媒熱交換器３１の冷却水通路３
１ｂに流入し、冷凍サイクルの圧縮機吐出ガスと熱交換
を行い、吐出ガスの冷却を行う。水冷媒熱交換器３１で
加熱された冷却水は温水ヒータコア４３、エンジン冷却
部４１ａを通り電動ウォータポンプ４４に戻る。冷房時
にはエアミックスドア１３が温水ヒータコア４３の空気
入口部を閉じているため、温水ヒータコア４３と空気と
の熱交換は行われない。
【００４１】エンジン４１が作動している場合も電磁弁
４６が閉じているため、電動ウォータポンプ４４から出
た冷却水は流量制御弁４５に流入する。そして、この冷
却水は、流量制御弁４５によって図４に示すようにエン
ジン水温に応じた比率でラジエータ４２を通る冷却水と
ラジエータ４２をバイパスする冷却水に分流される。ラ
ジエータ４２を通る冷却水は、ラジエータ４２で冷却さ
れた後、水冷媒熱交換器３１に流入し、冷凍サイクルの
吐出ガス冷媒と熱交換を行い、吐出ガス冷媒の冷却を行
う。
【００４２】ラジエータ４２をバイパスして、バイパス
通路４７を通過した冷却水は、水冷媒熱交換器３１の出
口でラジエータ４２を通った冷却水と合流し、ヒータコ
ア４３、エンジン冷却部４１ａを通り電動ウォータポン
プ４４に戻る。この時も、エアミックスドア１３がヒー
タコア４３の空気入口部を閉じているため、ヒータコア
４３で冷却水と空気との熱交換は行われない。
【００４３】以上の作動により、送風機３により送風さ
れた空気は蒸発器２３により冷却され、ヒータコア４３
を通過しないで車室内に吹き出されるため、車室内の冷
房を行うことができる。この時、第１中間圧力冷媒で冷
却される車両搭載の発熱部品２５ａの冷却温度が、外気
温度、発熱量の変化にかかわらず、常に最適に制御され
ているので、夏期の高外気温時にも発熱部品２５ａを十
分冷却でき、発熱部品２５ａの冷却不足を招くことはな
い。
【００４４】さらに、冷凍サイクル２０の高圧冷媒は通
常の凝縮器２２だけでなく、水冷媒熱交換器３１を介し
て冷却水に熱を伝え、ラジエータ４２を使って外気に放
熱することが可能となるから、発熱部品２５ａの冷却を
行い、サイクルの熱負荷が増えても高圧の上昇を抑制で
き、消費電力の増加を防止できる。なお、所望の吹出温
度による除湿運転を行うときは、エアミックスドア１３
を所定角度開いて、ヒータコア４３に所定割合の空気
（冷風）を通過させることにより、蒸発器２３で冷却、
除湿された冷風の一部を再加熱して、所望温度の冷風を
得ることができる。
【００４５】次に、暖房時の作動を説明すると、エンジ
ン４１が長時間停止している場合、またはエンジン４１
が作動していても発熱量が小さい場合は冷却水温度が低
い。従って、この場合はエンジン４１から流出した冷却
水そのままでは冷却水温度が低すぎて暖房能力の不足が
生じる。そこで、このような場合には冷凍サイクルを運
転して冷却水を加熱し暖房を行う。
【００４６】すなわち、冷凍サイクルの電動式の圧縮機
２１を作動させ、圧縮機２１から吐出された吐出ガス冷
媒と冷却水とを水冷媒熱交換器３１で熱交換させる。こ
れにより、吐出ガス冷媒を冷却すると同時に冷却水を加
熱することができる。ここで、暖房時には、図３のステ
ップ１００からステップ１０６に進み、冷凍サイクル２
０の電磁弁３２および電磁弁３０をともに開弁する。
【００４７】電磁弁３２の開弁により、水冷媒熱交換器
３１から出た冷媒は、バイパス通路３２ａを通過して凝
縮器２２をバイパスする。従って、圧縮機吐出ガス冷媒
からの放熱はすべて水冷媒熱交換器３１で行われ、この
水冷媒熱交換器３１にて圧縮機吐出ガス冷媒が冷却さ
れ、凝縮する。その後、冷媒は冷房時と同様に第１電気
膨張弁２４にて第１中間圧力まで減圧され、この第１中
間圧力に減圧された冷媒により車両搭載の発熱部品２５
ａの冷却を行う。
【００４８】そして、暖房時には、電磁弁３０も開いて
いるため、バイパス通路３０ａを通過して第２電気膨張
弁２６にて第２中間圧力まで減圧される。この第２中間
圧力の冷媒が気液分離器２７で気液分離され、液冷媒は
温度式膨張弁２８により低圧まで減圧され、この低圧冷
媒は蒸発器２３を通り、ここで空調ダクト２内の空調空
気から吸熱して蒸発する。蒸発後のガス冷媒は吸入ポー
ト２１ｃから圧縮機２１に吸入される。また、気液分離
器２７内のガス冷媒はインジェクション通路２１ｆを通
りインジェクションポート２１ｄから圧縮機２１に吸入
される。
【００４９】一方、冷却水は、電動ウォータポンプ４４
から送り出され、図１の冷却水回路４０内を循環するの
であるが、その場合、図３のステップ１０７にてエンジ
ン冷却部出口温度センサ６５の検出値が所定値（例えば
６０℃）より低いと判定されると、ステップ１０８に進
み、電磁弁４６を開く。従って、電動ウォータポンプ４
４からの温水はバイパス通路４８を通り、ラジエータ４
２をバイパスして水冷媒熱交換器３１に流入する。水冷
媒熱交換器３１内で冷凍サイクルの吐出ガス冷媒と冷却
水とが熱交換を行い、ガス冷媒を冷却、凝縮するととも
に冷却水は加熱される。
【００５０】水冷媒熱交換器３１で加熱された冷却水は
直ちにヒータコア４３に流入する。ここで、暖房時には
エアミックスドア１３がバイパス通路４３ａを閉じて、
ヒータコア４３の空気入口部を開いているため、送風機
３から送られた空気はすべてヒータコア４３を通り、冷
却水と熱交換を行って加熱され温風となり、車室内に吹
き出され暖房を行う。ヒータコア４３で放熱して低温と
なった冷却水は、エンジン冷却部４１ａを通り電動ウォ
ータポンプ４４に再び戻る。
【００５１】ところで、暖房時においてエンシン４１が
一時的に停止していても、冷却水温度が高い場合は、ス
テップ１０７の判定がＹＥＳとなり、ステップ１０８に
て電磁弁４６を閉じる。従って、ステップ１０８に進
み、流量制御弁４５の制御（ラジエータ通過流量の制
御）を行う。暖房時のエンジン停止時には、図４の制御
マップから冷却水のラジエータ通過流量の比率が０とな
るように、流量制御弁４５がバイパス通路４７を全開
し、ラジエータ４２への入口流路を全閉する状態に操作
される。従って、電動ウォータポンプ４４から出た冷却
水の全流量が、流量制御弁４５からバイパス通路４７を
通過して直接、水冷媒熱交換器３１の出口側に流れる。
【００５２】従って、冷却水はラジエータ４２での放熱
および水冷媒熱交換器３１での吸熱を行うことなく、ヒ
ータコア４３に直接流入し、ここで、空気と熱交換を行
い、車室内を暖房する。その後、冷却水はエンジン冷却
部４１ａを通り電動ウォータポンプ４４に戻る。暖房時
の熱収支について考察すると、冷凍サイクル２０は、蒸
発器２３で送風機３から送られた空気から吸熱するとと
もに、車両搭載の発熱部品２５ａの冷却により吸熱を行
う。そして、これらの吸熱分に圧縮機２１による圧縮仕
事分を加えて、水冷媒熱交換器３１にて冷却水に放熱を
行う。冷却水は、水冷媒熱交換器３１で加熱された分と
エンジン廃熱がある場合はエンジン廃熱を加えて、ヒー
タコア４３で空気に放熱を行う。
【００５３】従って、送風機３から送られた空気は、蒸
発器２３で冷却された以上に車両搭載の発熱部品２５ａ
の廃熱と圧縮仕事分が加えられ加熱されるため、吸い込
んだ空気温度以上に加熱されることとなり、車室内の暖
房を行うことができる。これにより、エンジン４１が長
時間停止している場合またはエンジン４１が作動してい
るが発熱量が小さい場合でも、車両搭載の発熱部品２５
ａの冷却熱を有効利用して暖房能力を向上できる。
【００５４】また、エンジン４１が作動しているため、
エンジン発熱量が大きく、冷却水温度が高く、通常のガ
ソリンエンジン車と同様にエンジン廃熱により暖房を行
うことができる場合は、エンジン冷却部４１ａで加熱さ
れた冷却水を、電動ウォータポンプ４４により送り出す
とともに、流量制御弁４５によりエンジン水温に応じた
比率でラジエータ４２を通る冷却水とバイパス通路４７
を通る冷却水とに分流する。
【００５５】ラジエータ４２を通る冷却水は、ラジエー
タ４２で冷却された後に水冷媒熱交換器３１に流入し、
冷凍サイクルの吐出ガス冷媒と熱交換を行い加熱され
る。また、バイパス通路４７を通過してラジエータ４２
をバイパスした冷却水は、冷却されることなく高温のま
ま、水冷媒熱交換器３１の出口側でラジエータ４２を通
過した冷却水と合流し、ヒータコア４３に入る。
【００５６】暖房時は、エアミックスドア１３がヒータ
コア４３の空気入口部を開いて、バイパス通路４３ａを
閉じるため、送風機３から送られた空気はヒータコア４
３を通過するときに、冷却水と熱交換して加熱され、車
室内に吹き出され、暖房を行う。ヒータコア４３で放熱
して低温となった冷却水は、エンジン冷却部４１ａに戻
る。
【００５７】一方、冷凍サイクル２０はエンジン停止時
と同様に作動し、車両搭載発熱部品２５ａの冷却を行
う。これにより、エンジン廃熱が十分にある場合はエン
ジン廃熱により暖房が行われ、車両搭載の発熱部品２５
ａの冷却も冷凍サイクルにより同時に行われる。以上説
明したように、車両搭載の発熱部品２５ａの冷却は冷凍
サイクルの中間圧冷媒により行われるため、外気温度が
４０℃を越えるような夏期高温時でも外気温度によらず
常に必要な発熱部品冷却量を確保できる。
【００５８】また、水冷媒熱交換器３１を用いて冷媒と
冷却水とを熱交換することにより、冷房時の冷凍サイク
ルの放熱を、凝縮器２２だけでなく、水冷媒熱交換器３
１を通してラジエータ４２でも放熱することができる。
そのため、サイクル全体としての放熱能力を向上できる
のて、高圧の上昇を抑制して圧縮機２１の消費電力を低
減できる。
【００５９】さらに、暖房時には車両搭載の発熱部品２
５ａの廃熱を利用して水冷媒熱交換器を通して暖房を行
うことが可能となり、エンジン廃熱がない場合でも暖房
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体システム構成図であ
る。
【図２】図１の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図３】本発明の一実施形態の作動を説明するフローチ
ャートである。
【図４】図１の冷却水回路に設置される流量制御弁の作
用を示す制御特性図である。
【符号の説明】
２…空調ダクト、３…送風機、４、５…吸入口、７、
８、９…吹出口、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３…
蒸発器、２４…第１電気膨張弁（高圧側減圧手段）、２
５…冷却器、２５ａ…発熱部品、２７…気液分離器、２
８…温度式膨張弁（低圧側減圧手段）、２９…補助凝縮
器、３１…水冷媒熱交換器、４１…エンジン、４２…ラ
ジエータ、４３…温水ヒータコア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴在 慶一郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一端側に空気の吸入口（４、５）を有
    し、他端側に車室内への吹出口（７、８、９）を有する
    空調空気通路（２）と、 この空調空気通路（２）に設置され、この空調空気通路
    （２）を通して空気を前記吸入口（４、５）側から前記
    吹出口（７、８、９）側へ送風する送風機（３）と、 冷凍サイクル低圧側の冷媒を吸入、圧縮して吐出する圧
    縮機（２１）と、 この圧縮機（２１）から吐出されたガス冷媒と冷却水と
    の間で熱交換を行って、この冷却水を加熱する水冷媒熱
    交換器（３１）と、 この水冷媒熱交換器（３１）を通過した冷媒を外気との
    間で熱交換して、凝縮する凝縮器（２２）と、 前記水冷媒熱交換器（３１）および前記凝縮器（２２）
    の少なくとも一方で凝縮した高圧の液冷媒を中間圧力ま
    で減圧する高圧側の減圧手段（２４）と、 前記中間圧力の冷媒を車両搭載の発熱部品（２５ａ）か
    ら吸熱して蒸発させ、この発熱部品（２５ａ）を冷却す
    るように構成された冷却器（２５）と、 この冷却器（２５）通過後の中間圧力の冷媒を低圧に減
    圧する低圧側の減圧手段（２８）と、 前記空調空気通路（２）に設置され、前記低圧の冷媒を
    前記空気から吸熱して蒸発させ、前記空気を冷却する蒸
    発器（２３）と、 前記空調空気通路（２）において、前記蒸発器（２３）
    の空気下流側に設置され、前記空気を前記冷却水と熱交
    換して加熱する温水ヒータコア（４３）とを備え、 さらに、この温水ヒータコア（４３）に前記冷却水を循
    環する冷却水回路（４０）に、車両の駆動力を直接また
    は間接的に得るためのエンジン（４１）と、前記冷却水
    を外気との間で熱交換して冷却するラジエータ（４２）
    と、前記冷却水を前記冷却水回路（４０）に循環させる
    ポンプ（４４）と、前記水冷媒熱交換器（３１）とを備
    えることを特徴とする車両用空調装置。
  2. 【請求項２】 一端側に空気の吸入口（４、５）を有
    し、他端側に車室内への吹出口（７、８、９）を有する
    空調空気通路（２）と、 この空調空気通路（２）に設置され、この空調空気通路
    （２）を通して空気を前記吸入口（４、５）側から前記
    吹出口（７、８、９）側へ送風する送風機（３）と、 冷凍サイクル低圧側の冷媒を吸入ポート（２１ｃ）から
    吸入し中間圧力まで圧縮する低段側圧縮部（２１ａ）
    と、前記中間圧力まで圧縮されたガス冷媒とガスインジ
    ェクションポート（２１ｄ）から流入するガス冷媒との
    混合ガスを吐出圧力まで圧縮して吐出ポート（２１ｅ）
    から吐出する高段側圧縮部（２１ｂ）とを有する圧縮機
    （２１）と、 この圧縮機（２１）から吐出されたガス冷媒と冷却水と
    の間で熱交換を行って、冷却水を加熱する水冷媒熱交換
    器（３１）と、 この水冷媒熱交換器（３１）を通過した冷媒と外気との
    間で熱交換を行って、冷媒を凝縮する凝縮器（２２）
    と、 前記水冷媒熱交換器（３１）および前記凝縮器（２２）
    の少なくとも一方で凝縮した高圧の液冷媒を中間圧力ま
    で減圧する高圧側の減圧手段（２４）と、 前記中間圧力の冷媒を車両搭載の発熱部品（２５ａ）か
    ら吸熱して蒸発させ、この発熱部品（２５ａ）を冷却す
    るように構成された冷却器（２５）と、 この冷却器（２５）の下流側に設けられ、前記中間圧力
    の冷媒の気液を分離する気液分離器（２７）と、 この気液分離器（２７）で分離された液冷媒を減圧する
    低圧側の減圧手段（２８）と、 前記空調空気通路（２）に設置され、前記低圧の冷媒を
    前記空気から吸熱して蒸発させ、前記空気を冷却する蒸
    発器（２３）と、 前記気液分離器（２７）で分離されたガス冷媒を前記ガ
    スインジェクションポート（２１ｄ）に導くガスインジ
    ェクション通路（２１ｆ）と、 前記空調空気通路（２）において、前記蒸発器（２３）
    の空気下流側に設置され、前記空気を前記冷却水と熱交
    換して加熱する温水ヒータコア（４３）とを備え、 さらに、この温水ヒータコア（４３）に前記冷却水を循
    環する冷却水回路（４０）に、車両の駆動力を直接また
    は間接的に得るためのエンジン（４１）と、前記冷却水
    を外気と熱交換して冷却するラジエータ（４２）と、前
    記冷却水を前記冷却水回路（４０）に循環させるポンプ
    （４４）と、前記水冷媒熱交換器（３１）とを備えるこ
    とを特徴とする車両用空調装置。
  3. 【請求項３】 前記冷却器（２５）の下流側に配置さ
    れ、前記中間圧力の冷媒を外気と熱交換して凝縮させる
    補助凝縮器（２９）と、 この補助凝縮器（２９）をバイパスするバイパス通路
    （３０ａ）と、 このバイパス通路（３０ａ）を開閉する開閉弁（３０）
    と、 前記中間圧力の冷媒の温度に相当する物理量を検出する
    検出手段（６９）と、 外気温度を検出する検出手段（６６）とを備え、 前記中間圧力の冷媒の温度が外気温度より低い場合は、
    前記開閉弁（３０）を開いて、前記中間圧力の冷媒を前
    記補助凝縮器（２９）をバイパスして流すことを特徴と
    する請求項１または２に記載の車両用空調装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも冷房運転時には、前記ラジエ
    ータ（４２）で冷却された冷却水が前記水冷媒熱交換器
    （３１）に流入するようにしたことを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
  5. 【請求項５】 少なくとも暖房運転時には前記水冷媒熱
    交換器（３１）で加熱された冷却水が前記温水ヒータコ
    ア（４３）に流入するようにしたことを特徴とする請求
    項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
  6. 【請求項６】 前記ラジエータ（４２）をバイパスして
    冷却水を流すバイパス通路（４８）と、このバイパス通
    路（４８）を開閉する開閉弁（４６）と、前記冷却水回
    路（４０）の冷却水温度を検出する検出手段（６５）と
    を備え、 暖房運転時に前記冷却水温度が所定値より低い場合は、
    前記開閉弁（４６）を開いて、前記ラジエータ（４２）
    をバイパスして前記冷却水を流すことを特徴とする請求
    項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
  7. 【請求項７】 前記ラジエータ（４２）を通過する冷却
    水流量と前記ラジエータ（４２）をバイパスする冷却水
    流量の比率を冷却水温度に応じて制御する流量制御弁
    （４５）を備えることを特徴とする請求項１ないし５の
    いずれか１つに記載の車両用空調装置。
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