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JP2006182344A - 車両用空調装置 - Google Patents

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JP2006182344A
JP2006182344A JP2005089791A JP2005089791A JP2006182344A JP 2006182344 A JP2006182344 A JP 2006182344A JP 2005089791 A JP2005089791 A JP 2005089791A JP 2005089791 A JP2005089791 A JP 2005089791A JP 2006182344 A JP2006182344 A JP 2006182344A
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refrigerant
heat exchanger
vehicle
cooling water
exhaust
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Masakuni Ishikawa
雅邦 石川
Nobuhiko Suzuki
伸彦 鈴木
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Valeo Thermal Systems Japan Corp
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Abstract

【課題】排気される車内空気の熱を利用して暖房効率を向上させ、熱源の不足しがちな車両においても良好な暖房性能を維持できるようにする。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機101、圧縮後の冷媒を外気と熱交換器させる室外熱交換器102、圧縮後の冷媒を他の熱交換媒体と熱交換させる媒体間熱交換器103、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段104、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器105、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器106、前記他の熱交換媒体を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器107、所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段110,111を具備して構成される
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車等に搭載される空調装置に関し、特に走行用駆動源としてエンジンと電動モータの両方を用いる自動車(ハイブリッド車)、停車時にエンジンを停止させる自動車(アイドリングストップ車)、電動モータのみを用いる自動車(電気自動車、燃料電池車等)において好適に用いられる技術に関するものである。
空調装置における暖気及び冷気の生成には、従来からヒートポンプサイクルが利用されている。このヒートポンプサイクルは、室内熱交換器及び室外熱交換器へ冷媒が流入する順序を暖房時と冷房時とで切り換えるものであり、暖房時においては、車内(車室内)への吹出空気と熱交換する室内熱交換器を凝縮器とし、外気と熱交換する室外熱交換器を蒸発器として機能させる。
また、エンジンのみを走行用駆動源とする自動車に搭載される一般的な空調装置においては、冷暖房時を問わず室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器として機能させると共に、蒸発器の通風方向下流側にエンジンの冷却水を放熱させる放熱器を配置し、これら蒸発器と放熱器とを通過する空気の割合をエアミックスドア等により調節することにより、所望の温度の吹出空気を生成させている。
車両用の暖房装置の従来技術として、次のようなものが開示されている。この暖房装置は、エンジン冷却水を熱源とする放熱器と、エンジンを駆動源としエンジン、放熱器、ラジエータとの間で冷却水を循環させるエンジン駆動ウォータポンプと、冷却水が所定温度より低い場合にラジエータをバイパスさせるバイパス流路と、電動モータを駆動源としエンジン、放熱器、ラジエータとの間で冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、冷却水が所定温度より低い場合に冷却水がラジエータをバイパスする流れを許容すると共に電動ウォータポンプにより冷却水がエンジンと放熱器との間を循環する際に放熱器の流出口より流出した冷却水がバイパス流路を経て放熱器の流入口に流入するのを抑止する逆止弁とを有するものである(特許文献1参照)。これにより、エンジン停止後も継続して行われる暖房運転に際して放熱器で熱交換された冷却水は必ずエンジン内に設けられる冷却水路を通過するので、エンジンの余熱を効率よく利用して暖房を行うことができるとされている。
また、他の従来技術として、室内熱交換器の通風方向下流側にエンジンの冷却水を放熱させる放熱器を配置すると共に、車内空気の排出口に吸熱用の排気熱交換器を配置する空調装置であって、暖房時において、室内熱交換器を暖房補助の熱交換器として用いる構成が開示されており(特許文献2参照)、これにより排気される車内空気の熱を利用して暖房性能を向上させることができるとされている。
特開2000−71749号公報 特開平6−135221号公報
しかしながら、上記したように、エンジンの冷却水を熱源とする放熱器を備える空調装置においては、室外熱交換器を常に凝縮器として機能させるため着霜の心配はないが、近年生産が急がれているハイブリッド車、電気自動車、アイドリングストップ車等にこの構成を適用する場合、放熱器の熱源の不足が問題となる。ハイブリッド車及びアイドリングストップ車においては、エンジンのみを走行用駆動源とする通常の自動車に比べて、ノロノロ運転、信号待ち、ストップアンドゴー時はエンジン負荷が少なく、冷却水の温度が上昇し難く、要求される暖房に対して十分な熱量を確保することができなくなる場合がある。特にハイブリッド車においては、エンジンの効率が良いため通常のエンジン走行車より低い排気量のものを使用する場合があるので、更に十分な熱量を確保することができないことが多い。また、外気導入時、車内空気熱をそのまま外気へ放出するので、換気損失が生じるため空調装置の効率が低下し、燃費が増加する(冷房、暖房共に)。また、エンジン内の冷却水を暖房に使用してしまうと、冷却水の温度が低下し、エンジンを再起動した時に、排気ガスが増加する場合がある。これは、ハイブリッド車本来の目的である排気ガスの低下を損なうため問題となる。更に、電気自動車にあっては、この冷却水自体が存在しないため、他の熱源を確保したり生成させたりする機構が必要となる。更にまた、ヒートポンプサイクルを用いた空調装置においては、暖房時に室外熱交換器を蒸発器として機能させるため、外気温度や湿度等の条件により室外熱交換器に着霜が発生し、暖房機能が損なわれる場合があった。
また、上記特許文献1に開示される発明によっても、上記したようなハイブリッド車、アイドリングストップ車、特に電気自動車における熱源の不足は解消しきれず、これらの車両に搭載される空調装置の性能を良好に維持することは困難であった。また、上記特許文献2に開示される発明には、凝縮水が付着した蒸発器をそのまま暖房時に補助用ヒータとして機能させることにより、凝縮水が蒸発してフロントガラス等を曇らせてしまい、また暖房時に蒸発器を機能させることができないことにより、除湿暖房ができなくなる等の不具合がある。
そこで、本発明は、排気される車内空気の熱を利用することにより、暖房効率を向上させ、熱源の不足しがちな車両においても良好な暖房性能を維持し、また冷房性能においても改善を図り、更にエンジン再起動時における排気ガスの増加を防止し、また空調使用時の快適性を確保することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかる車両用空調装置は、図1に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機101、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器102、圧縮後の冷媒を他の熱交換媒体と熱交換させる媒体間熱交換器103、冷媒を減圧する減圧手段104、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器105、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器106、前記他の熱交換媒体を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器107、所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段110,111を具備して構成されるものである(請求項1)。
この構成によれば、排気される車内空気の熱を利用して暖房効率を向上させ、熱源の不足しがちな車両においても良好な暖房性能を維持することができる。冷媒バイパス手段は、空調運転モードや気象条件等に基づいて、サイクルに接続される機器を冷媒が通過する順序を変更させる機構(分岐管、各種弁、各種センサ、制御用コンピュータ等により構成されるもの)である。また、上記特許文献2記載の構成のように、蒸発器を補助用の放熱器として利用することがないので、冷房から暖房に切り換えた時に凝縮水の蒸発によりフロントガラス等が曇ることはなく、快適性を維持することができ、また暖房時にも蒸発器を機能させることができるので、除湿暖房が可能となる。
また、上記請求項1記載の構成において、図2に示すように、前記冷媒バイパス手段110,111は、暖房時において、前記圧縮機101→前記媒体間熱交換器103→前記減圧手段104→前記排気熱交換器106→前記圧縮機101からなる循環経路を構成するものであることが好ましい(請求項2)。
これにより、媒体間熱交換器103が凝縮器として機能し、この媒体間熱交換器103において冷媒の熱が他の熱交換媒体に伝導し、他の熱交換媒体の熱がヒータ用放熱器107によって放熱される。また、排気熱交換器106が蒸発器として機能することにより、外気よりも高温の車内空気から吸熱することができるので、COPを向上させることができる。
また、上記請求項1又は2記載の構成において、前記他の熱交換媒体は、エンジンを冷却するための冷却水であることが好ましい(請求項3)。また、エンジン冷却水の他に、モータ、インバータ、バッテリ、燃料電池等の冷却媒体を利用することもできる。
また、本発明にかかる車両用空調装置は、冷媒が循環する冷媒循環サイクルと、エンジンを冷却するための冷却水が循環する冷却水循環サイクルとを利用する車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、前記冷却水を車内へ吹き出される空気中で放熱させるヒータ用放熱器、通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用放熱器が内部に設置される吸気ダクト、通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、前記冷媒と前記冷却水とを熱交換させる媒体間熱交換器、前記冷媒循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段、前記冷却水循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷却水の流通経路を変更させる冷却水バイパス手段を具備して構成されるものである(請求項4)。
この構成は、冷媒循環サイクル、冷却水循環サイクルの両方を有する車両において用いられ、主にハイブリッド車、アイドリングストップ車等のエンジン発熱量が通常のエンジン走行車に比べて低い車両に適用されて好ましいものであり(通常のエンジン走行車においても適用可能)、冷媒循環サイクルには、少なくとも圧縮機、室外熱交換器、減圧手段、蒸発器、及び排気熱交換機が接続され、冷却水循環サイクル(通常、エンジン、ラジエータ等を含んで構成されるもの)には、ヒータ用放熱器が接続される。排気熱交換器は、排気ダクト内の空気中で冷媒を吸熱(蒸発)又は放熱(凝縮、過冷却)させるものであり、減圧後の冷媒が流入された時には蒸発器として機能し、減圧前の冷媒が流入された時にはサブクールを発生させる熱交換器として機能する。そして、空調運転モードや気象条件等に基づいて、冷媒バイパス手段及び冷却水バイパス手段により冷媒及び冷却水の循環経路を適宜変更させることにより、車外に排出される車内(車室内)の空気の熱エネルギー(ポテンシャル)を、暖房、冷房等の効率向上のために有効に利用することが可能となる。
通常、車内空気は、既に稼働している暖房・冷房等の作用により、冬季には外気よりも高温であり、夏季には外気よりも低温であるため、冬季の暖房時においては、外気中で冷媒の吸熱をさせるよりも、排気される車内空気中でさせる方が効率が良いと共に着霜を防止することができ、また夏季の冷房時においては、外気中で冷媒を放熱させるよりも、排気される車内空気中でさせる方が効率が良い。従って、冷媒バイパス手段及び冷却水バイパス手段により、以下に示す様々な空調運転モード、気象条件等に基づいて、冷媒及び冷却水の流通経路を適宜切り換えることで、熱源の不足しがちなハイブリッド車、アイドリングストップ車等においても十分な暖房効果を得ることができると共に、冷房時においてもCOPを向上させることができる。
上記請求項4記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させるものであることが好ましい(請求項5)。
これにより、暖房時には、排気熱交換器が蒸発器として機能する。即ち、減圧後の冷媒が、外気よりも高温である排気ダクト内の空気から吸熱する。これにより、着霜を防止することができると共に、外気から吸熱する場合よりもCOPを向上させることができる。
また、上記請求項4又は5記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させるものであることが好ましい(請求項6)。
これにより、冷房時には、排気熱交換器がサブクール生成用の熱交換器として機能する。即ち、減圧前の冷媒が、外気よりも低温である排気ダクト内の空気により過冷却される。これにより、COPを向上させることができる。
また、上記請求項4〜6の具体的構成としては、次のようなものが好ましい。図6に示すように、前記冷媒循環サイクル2は、前記圧縮機10と前記室外熱交換器12との間に前記媒体間熱交換器11が配置され、前記室外熱交換器12と前記排気熱交換器15との間に第1の減圧手段14が配置され、前記排気熱交換器15と前記蒸発器17との間に第2の減圧手段16が配置され、前記室外熱交換器12をバイパスさせる第1の冷媒バイパス手段20、前記第1の減圧手段14をバイパスさせる第2の冷媒バイパス手段21、前記第2の減圧手段16及び前記蒸発器17をバイパスさせる第3の冷媒バイパス手段22を具備して構成され、前記冷却水循環サイクル3は、前記エンジン30、前記冷却水を冷却させるラジエータ32、前記冷却水を流動させるポンプ31a,31b、前記ヒータ用放熱器33、前記媒体間熱交換器11を具備して構成されることが好ましい(請求項7)。尚、冷却水循環サイクル3において、冷却水バイパス手段は、三方弁34a〜f、逆止弁35、開閉弁36a,36b、配管、制御用コンピュータ等により構成されるものである。
これにより、空調の運転モード、気象条件等に基づいて冷媒バイパス手段、冷却水バイパス手段を適宜切り換えることにより、サイクルを効率的な状態に維持することができる。例えば、ヒータ用放熱器33の熱源としての冷却水の熱量が暖房要求に対して不足している場合には、冷媒及び冷却水の両方を媒体間熱交換器11に流入させることにより、圧縮機10から圧送された高温高圧の冷媒の熱を冷却水に伝導させることができ、これにより暖房機能を良好に維持することができる。また、暖房要求時に、減圧後の冷媒を排気熱交換器15に流入させることにより(図7参照)、該排気熱交換器15を蒸発器として機能させることができると共に、冷房要求時に、減圧前の冷媒を排気熱交換器15に流入させることにより(図17参照)、冷媒にサブクールを与えることができる。
以下(請求項8〜12)に、上記請求項7記載の構成における、前記冷媒バイパス手段及び前記冷却水バイパス手段の有効な制御を挙げる。
暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がない場合(図7参照)には、前記冷媒循環サイクル2において、前記第1の冷媒バイパス手段20により前記室外熱交換器12をバイパスさせると共に、前記第3の冷媒バイパス手段22により前記第2の減圧手段16及び前記蒸発器17をバイパスさせ、前記冷却水循環サイクル3において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器11、前記ヒータ用放熱器33、前記ポンプ31bからなる回路を構成することが好ましい(請求項8)。
例えば、渋滞によるノロノロ運転、信号待ちによる停止時間が長い時、ストップアンドゴーが多い時等には、エンジンの負荷や作動が少なく、冷却水温度がなかなか上昇し難くなり、暖房機能が確保できない。このような時、上記によれば、冷媒循環サイクル2において、冷媒は圧縮機10→媒体間熱交換器11→第1の減圧手段14→排気熱交換器15→圧縮機10の順に流れる。これにより、排気熱交換器15が蒸発器として機能するので、着霜の防止及びCOPの向上が実現される。また、媒体間熱交換器11において、冷媒の熱により冷却水が温められるので、冷却水の不足している熱量を補うことができる。
また、暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がない場合(図9参照)には、前記冷媒循環サイクル2において、前記圧縮機10を停止し、前記冷却水循環サイクル3において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器11をバイパスする回路を構成することが好ましい(請求項9)。
この時、冷媒循環サイクル2の機能は停止する。このような場合には、冷媒から冷却水に熱を与える必要はなく、また吹出空気を乾燥させるために蒸発器17を機能させる必要もない。従って、圧縮機10を停止させ、無駄なエネルギー消費を省くことが好ましい。
また、冷房要求がある場合(図14,16参照)、前記冷媒循環サイクル2において、前記第2の冷媒バイパス手段21により、前記第1の減圧手段14をバイパスさせることが好ましい(請求項10)。
この時、冷媒循環サイクル2において、冷媒は、圧縮機10→媒体間熱交換器11→室外熱交換器12→排気熱交換器15→第2の減圧手段16→蒸発器17→圧縮機10の順に流れる。これにより、排気熱交換器15がサブクールを与える熱交換器として機能する。これにより、COPを向上させることができる。
また、暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足している場合(図11参照)には、前記冷媒循環サイクル2において、前記第1の冷媒バイパス手段20により前記室外熱交換器12をバイパスさせ、前記冷却水循環サイクル3において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器11、前記ヒータ用放熱器33、前記ポンプ31bを含む回路を構成することが好ましい(請求項11)。
この時、冷媒循環サイクル2において、冷媒は、圧縮機10→媒体間熱交換器11→第1の減圧手段14→排気熱交換器15→第2の減圧手段16→蒸発器17→圧縮機10の順に流れる。これにより、排気熱交換器15が第1の蒸発器として、また通常の蒸発器17が第2の蒸発器として機能するので、着霜及び結露の防止及びCOPの向上を実現することができると共に、吸気ダクト4内の吹出空気の除湿が可能となる。また、冷却水の不足した熱量を冷媒から補うことができる。
また、暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足している場合(図13参照)には、前記冷媒循環サイクル2において、前記第2の冷媒バイパス21手段により、前記第1の減圧手段14をバイパスさせ、前記冷却水循環サイクル3において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器11をバイパスする回路を構成することが好ましい(請求項12)。
この時、冷媒循環サイクル2において、冷媒は、圧縮機10→媒体間熱交換器11→室外熱交換器12→排気熱交換器15→第2の減圧手段16→蒸発器17→圧縮機10の順に流れる。ここで、車室内温度が冷媒の温度より低い場合は、排気ダクト5内に設けられたエアミックスドア55を開けて排気熱交換器15によりサブクールを与える。これにより、蒸発器17での除湿作用が大きくなる。また、車室内温度より冷媒の温度が低い時は、冷媒を過熱してしまうので、エアミックスドア55を閉じることが好ましい。
また、上記請求項4〜12記載の構成は、冷却水の温度が不足しがちなハイブリッド車、即ち前記エンジン及び電動モータを走行用駆動源とする車両において好適に用いることができる(請求項13)。また、ハイブリッド車に限らず、公知のアイドルストップ車等のエンジン停止状態が多い自動車全般に有効である。
また、上記請求項13記載の構成において、前記冷却水が設定された温度以下となった場合には、前記冷媒循環サイクルにおいて、前記圧縮機を駆動させ、前記冷却水循環サイクルにおいて、前記ラジエータをバイパスすると共に前記媒体間熱交換器を含む回路を構成することが好ましい(請求項14)。
冷却水温度が低くなると、エンジンの再起動時等に排気ガス量が増加するが、上記構成のように、排気ガスが増加する時の冷却水の最低温度を設定しておき、この温度以下となった場合に、媒体間熱交換器において温めることにより、排気ガスの増加等の不具合を防止することができる。
また、上記請求項4〜14記載の構成において、前記冷媒がCO2である場合には、図33に示すように、前記冷媒循環サイクル2において、前記排気熱交換器15の出口側の冷媒と前記圧縮機10の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器39を具備することが好ましい(請求項15)。これにより、更にCOPを向上させることができる。
また、本発明にかかる車両用空調装置は、図34に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機201、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器202、圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器203、冷媒を減圧する減圧手段204、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器205、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器206、所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段210,211を具備して構成されるものである(請求項16)。
これにより、エンジン冷却水等の他の熱交換媒体を用いることなく、排気される車内空気の熱エネルギーを暖房性能の向上に利用することができる。
また、上記請求項16記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、暖房時において、図35に示すように、前記圧縮機201→前記ヒータ用熱交換器203→前記減圧手段204→前記排気熱交換器206→前記圧縮機201からなる循環経路を構成することが好ましい(請求項17)。
これにより、排気熱交換器206が蒸発器として機能し、外気よりも高温の車内空気から吸熱することができるので、暖房性能を向上させることができる。
また、上記請求項16又は17記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、除湿暖房時において、図36に示すように、前記圧縮機201→前記ヒータ用熱交換器203→前記減圧手段204→前記蒸発器205→前記圧縮機201からなる循環経路を構成することが好ましい(請求項18)。
これにより、ヒータ用熱交換器203と、除湿作用を有する蒸発器205とを同時に機能させることができるため、上記特許文献2記載の構成では不可能であった除湿暖房が可能となる。
また、本発明にかかる車両用空調装置は、冷媒が循環する冷媒循環サイクルを利用する車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器、冷媒を減圧する減圧手段、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用熱交換器が内部に設置される吸気ダクト、通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、所定の条件に基づいて冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段を具備して構成されるものである(請求項19)。
この構成は、冷却水循環サイクルを有しない車両、即ち電動モータのみを用いる電気自動車、燃料電池車等において特に好適に用いられるものであり(通常のエンジン走行車、ハイブリッド車等においても適用可能)、上記請求項4〜18記載の構成と同様に、排気熱交換機は、排気ダクト内の空気中で冷媒を吸熱(蒸発)又は放熱(凝縮、過冷却)させるものであり、減圧後の冷媒が流入された時には蒸発器として機能し、減圧前の冷媒が流入された時にはサブクールを発生させる熱交換器として機能する。そして、空調運転モード、気象条件等に基づいて冷媒バイパス手段により冷媒の循環経路を適宜変更させることにより、車外に排出される車内(車室内)の空気の熱エネルギー(ポテンシャル)を、暖房、冷房等の効率向上のために有効に利用することが可能となる。
上記請求項19記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させるものであることが好ましく(請求項20)、また冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させるものであることが好ましい(請求項21)。
これにより、暖房時には、排気熱交換器が蒸発器として機能するので、着霜及び結露を防止することができると共に、外気から吸熱する場合よりもCOPを向上させることができる。また、冷房時には、排気熱交換器がサブクール生成用の熱交換器として機能するので、COPを向上させることができる。
また、上記請求項19〜21の具体的構成としては、次のようなものが好ましい。図39に示すように、前記冷媒循環サイクル71において、前記圧縮機55と前記室外熱交換器58との間に、前記ヒータ用熱交換器56が配置され、前記ヒータ用熱交換器56と前記室外熱交換器58との間に、第3の減圧手段57が配置され、前記排気熱交換器59と前記蒸発器61との間に、第4の減圧手段60が配置され、前記第3の減圧手段57をバイパスさせる第4の冷媒バイパス手段65、前記室外熱交換器58をバイパスさせる第5の冷媒バイパス手段66、前記第4の減圧手段60及び前記蒸発器61をバイパスさせる第6の冷媒バイパス手段67を具備するものである(請求項22)。
この構成によれば、圧縮機55から吐出された高温高圧の冷媒をそのままヒータ用熱交換器56に流すと共に、冷媒バイパス手段65,66,67により適宜冷媒の流通経路を変更することにより、様々な状況に応じて好適な制御が可能となる。
以下(請求項23〜26)に、上記請求項22記載の構成において有効な制御を挙げる。
暖房要求があり、且つ除湿要求がない場合(図40参照)には、前記第5の冷媒バイパス手段66により前記室外熱交換器58をバイパスさせると共に、前記第6の冷媒バイパス手段67により前記第4の減圧手段60及び前記蒸発器61をバイパスさせることが好ましい(請求項23)。
この時、冷媒は、圧縮機55→ヒータ用熱交換器56→第3の減圧手段57→排気熱交換器59→圧縮機55の順に流れる。これにより、排気熱交換器59が蒸発器として機能し、冷媒は排気ダクト52内の暖かい空気から吸熱するため、外気から吸熱する場合よりもCOPが向上し、また着霜及び結露防止の効果が得られる。
また、暖房及び除湿要求である場合(図42参照)には、前記第5の冷媒バイパス手段66により前記室外熱交換器58をバイパスさせることが好ましい(請求項24)。
この時、冷媒は、圧縮機55→ヒータ用熱交換器56→第3の減圧手段57→排気熱交換器59→第4の減圧手段60→蒸発器61→圧縮機55の順に流れる。これにより、排気熱交換器59が第1の蒸発器、吸気ダクト4内に配置される蒸発器61が第2の蒸発器として機能するので、着霜及び結露の防止及びCOPの向上が実現され、吸気ダクト4内の吹出空気を除湿することが可能となる。
また、冷房要求がある場合(図44参照)には、前記第4の冷媒バイパス手段65により前記第3の減圧手段57をバイパスさせることが好ましい(請求項25)。
この時、冷媒は、圧縮機55→ヒータ用熱交換器56→室外熱交換器58→排気熱交換器59→第4の減圧手段60→蒸発器61→圧縮機55の順に流れる。これにより、排気熱交換器59がサブクールを与える熱交換器として機能する。これにより、COPを向上させることができる。
また、上記請求項19〜25のいずれか1つに記載の構成においては、電動モータを走行用駆動源とする車両において用いられることが好ましい(請求項26)。
また、上記請求項19〜26のいずれか1つに記載の構成においては、前記冷媒がCO2であり、前記冷媒循環サイクルにおいて、前記排気熱交換器の出口側の冷媒と前記圧縮機の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を具備することが好ましい(請求項27)。
また、上記請求項4〜15,19〜27のいずれか1つに記載の構成において、前記排気ダクトの上流端は、車内及び車外と連通し、前記吸気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる吸入側内外気切換手段、前記排気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる排気側内外気切換手段を具備し、前記排気側内外気切換手段は、前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに外気が流入されている場合には前記排気ダクト内に内気が流入するように、また前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに内気のみが流入されている場合には前記排気ダクト内に外気が流入するように制御されることが好ましい(請求項28)。
この構成によれば、内気循環モードを選択した時には、前記排気ダクトに外気が流通するので、内気が排出されてしまうことはない。
また、上記請求項28記載の構成において、前記排気ダクトには、空気の流通を促進させる送風機が内設され、前記送風機は、前記排気側内外気切換手段により前記排気ダクト内に外気が流入されている場合に駆動することが好ましい(請求項29)。
この構成によれば、排気ダクト内で外気が流通している時にその流通が促進され、前記排気熱交換器における熱交換を促進させることができる。従来の一般的な自動車においては、室外熱交換器は車体の前方から受ける風により熱交換され、車速が上がるほどその風量が増加する構造となっているが、実際には、室外熱交換器の後方にはラジエータ等の機器が配置されているため、車速が上がっても風量はそれほど増加しない。本構成によれば、車速にかかわらず、十分な風量を確保することができる。
また、上記請求項1〜29のいずれか1つに記載の構成において、前記排気熱交換器の結露を防止する結露防止手段を具備することが好ましい(請求項30)。
排気熱交換器の結露(着霜を含む)を防止することによって、この排気熱交換器における吸熱又は放熱作用を良好に維持することができるので、暖房、冷房等の性能向上をより確実に図ることができる。
また、上記請求項30記載の構成において、前記結露防止手段は、前記排気熱交換器周辺の空気の露点温度を推定する露点温度推定手段、前記排気熱交換器の温度を前記推定された露点温度よりも高温に維持する排気熱交換器温度調節手段を具備することが好ましい(請求項31)。露点温度を推定する方法としては、乗員数、車内への外気導入量等をパラメータとして計算することが好ましい。
上記のように、本発明によれば、従来排気されていた車内空気の持つ熱エネルギー(ポテンシャル)が冷媒の吸熱又は放熱作用のために有効に利用され、暖房、冷房等の空調性能を向上させることができる。また、エンジンを備える車両において、冬季等にエンジン冷却水温度が上がらない時は、空調装置を起動させることにより、エンジン冷却水を加熱することができる。これにより、冷却水温度を設定以上の温度に保つことができ、エンジン再起動時の排気ガスの増加を防止することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1に示す本実施例に係る車両用空調装置100は、冷媒を圧縮する圧縮機101、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器102、圧縮後の冷媒をエンジンの冷却水と熱交換させる媒体間熱交換器103、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段104、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器105、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器106、前記冷却水を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器107、冷媒バイパス手段としての三方弁110,111、逆止弁112を有して構成される。
図2は、暖房時におけるサイクルの状態を示している。この時、三方弁110,111の切換えにより、圧縮機101→媒体間熱交換器103→減圧手段104→排気熱交換器106→圧縮機101からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は媒体間熱交換器103で凝縮し、排気熱交換器106で蒸発する。冷却水は媒体間熱交換器103で冷媒熱により温められ、ヒータ用放熱器107において車内へ吹き出される空気中で放熱し、これにより暖房が可能となる。この構成により、冷媒は排気熱交換器106において車内から車外へ排気される空気から吸熱するので、車外の冷たい空気から吸熱するよりも効率がよくなり、暖房性能が向上する。
また、暖房時であって冷却水温度が所定値以上である場合には、サイクルの運転を停止することが好ましい。暖房の熱源として冷媒熱を利用する必要がないためである。
図3は、冷房時におけるサイクルの状態を示している。この時、圧縮機101→室外熱交換器102→減圧手段104→蒸発器105→圧縮機101からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は熱交換器102で凝縮し、蒸発器105で蒸発する。
図4は、除湿暖房時におけるサイクルの状態を示している。この時、圧縮機101→媒体間熱交換器103→減圧手段104→蒸発器105からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は媒体間熱交換器103で凝縮し、蒸発器105で蒸発する。これにより、暖房作用を奏するヒータ用放熱器107と、除湿作用を奏する蒸発器105とを同時に機能させることができる。また、冷却水温度が所定値以上である場合には、冷房時におけるサイクルにすることが好ましい。尚、上記図1〜4においては、冷却水を冷却するラジエータ、冷却水を流動させるポンプ等の記載が省略されている。
また、圧縮機101は、排気熱交換器106に結露又は着霜が発生しないように制御される。図5(a)に示すように、各種パラメータを検出又は入力し(ステップ150)、これらのパラメータに基づいて、排気熱交換器106の目標蒸発温度Teを演算し(ステップ151)、この温度Teに基づいて、圧縮機101の吐出量を変化させる制御信号Sを演算し(ステップ152)、この信号Sを圧縮機101に出力する(ステップ153)。そして、排気熱交換器106の表面温度が前記目標蒸発器温度Te以下にならないように(短時間の場合を除く)、圧縮機101を制御することにより、排気熱交換器106の結露又は着霜を防止することができる。尚、前記ステップ150のパラメータとしては、外気温度、乗員数、外気導入量等が好適である。図5(b)は、種々の状況を想定し、乗員数、外気導入量等を変化させて得られた実験値であり、それぞれの状況において排気熱交換器106に結露等を生じさせない下限温度(露点温度)を求めたデータマップである。このようなデータマップを前記目標蒸発温度Teの演算時(ステップ151)に利用することが好ましい。また、湿度センサや露点センサにより、排気熱交換器106の入口空気(車内空気)の露点を検出し、これを排気熱交換器106の目標蒸発器温度Teとしてもよい。
図6〜図33に示す本実施例に係る車両用空調装置1は、エンジン及び電動モータを走行用駆動源とする自動車(ハイブリッド車)において用いられるものであり、冷媒循環サイクル2、冷却水循環サイクル3、吸気ダクト4、排気ダクト5を有して構成されている。
冷媒循環サイクル2は、熱交換媒体としての冷媒を図中矢印の方向に圧送する圧縮機10、以下冷媒循環方向上流側から順に、蓄熱タンク(請求項中「媒体間熱交換器」)11、室外熱交換器12、逆止弁13、第1の減圧手段14、排気熱交換器15、第2の減圧手段16、蒸発器17、アキュムレータ18が配管接続され、室外熱交換器12をバイパスさせる第1の冷媒バイパス手段20、第1の減圧手段14をバイパスさせる第2の冷媒バイパス手段21、第2の減圧手段16及び蒸発器17をバイパスさせる第3の冷媒バイパス手段22を具備している。これら冷媒バイパス手段20,21,22は、電磁式開閉弁及び配管からなり、これら開閉弁は所定のECUにより制御される。
冷却水循環サイクル3は、エンジン30を冷却するための熱交換媒体である冷却水が循環するサイクルであり、エンジン30、メカポンプ31a、電動ポンプ31b、ラジエータ32、ヒータ用放熱器33、三方弁34a,34b,34c,34d,34e,34f、逆止弁35、開閉弁36a,36bが配管接続されて構成されている。三方弁34a〜34f、逆止弁35、電磁式開閉弁36a,36b、配管、及びこれらを制御するECUにより、複数のパターンの回路を構成する冷却水バイパス手段が構成され、この冷媒バイパス手段は、冷却水の温度を検出するセンサ37a,37b,37d、空調装置の運転モード等に基づいて制御される。また、37cは極寒時に使用される補助電気暖房器としてのPCTヒータである。
吸気ダクト4は、その通風方向上流端に車外と連通する開口部40及び車内と連通する開口部41、下流端に車内と連通する開口部42が形成され、この上流端部には、開口部40及び41の開度を調節する吸気側内外気切換手段43が配置されており、この吸気ダクト4内を車内へ吹き出される吹出空気が流通する。また、この吸気ダクト4の内部には、送風機44、蒸発器17、ヒータ用放熱器33が通風方向上流側から順に配置され、更に蒸発器17及びヒータ用放熱器33への通風量を調節するエアミックスドア45a,45bが配置されている。
排気ダクト5は、その通風方向上流端に車内と連通する開口部50及び車外と連通する開口部51、下流端に車外と連通する開口部52が形成され、この上流端部には、開口部50及び51の開度を調節する排気側内外気切換手段53が配置されている。この排気ダクト5は、主に車内の空気を車外に排出するためのものであるが、本実施例においては、吸気側内外気切換手段43により吸入ダクト4に内気のみが流入されている場合(内気循環時)には、排気ダクト5内に外気が流入するように制御される。また、排気ダクト5の内部には、送風機54、排気熱交換器15が通風方向上流側から順に配置され、この排気熱交換器15への通風量を調節するためのエアミックスドア55が配置されている。
図7に示すのは、上記構成の車両用空調装置1において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時の例として、エンジン30の作動が少ない時、つまり渋滞によるノロノロ運転、長い信号待ち、ストップアンドゴー等の状況が挙げられ、このような状況においては、冷却水温度が上昇しにくくなるため、暖房に必要な熱量が不足する。暖房要求、除湿要求、冷却水の熱量、また後に説明する冷房要求は、空調の設定温度、車内温度、外気温度、湿度、冷却水温度等に基づくECUによる演算結果、及びこれらに基づいて出力される制御信号、また利用者による操作を表すものである。本実施例においては、冷却水の温度が冷媒の凝縮温度より低くなった時に、冷却水の熱量が不足していると判定される。この時、冷媒循環サイクル2において、第1の冷媒バイパス手段20により室外熱交換器12がバイパスされると共に、第3の冷媒バイパス手段22により第2の減圧手段16及び蒸発器17がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル3において、冷却水バイパス手段(三方弁34a〜34f、逆止弁35、開閉弁36a,36b等)により、エンジン30、メカポンプ31aからなる回路3aと、蓄熱タンク11、ヒータ用放熱器33、電動ポンプ31bからなる回路3bとが構成される。
また、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段41により車外と連通する開口部40が開放し、エアミックスドア45aが閉状態(隣接する機器への通風量が最も少なくなる状態)、エアミックスドア45bが開状態(隣接する機器への通風量が最も多くなる状態)となる。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段51により車内と連通する開口部50が開放し、送風機54が停止し、エアミックスドア55が開状態となる。尚、吸気ダクト4内の送風機44は空調装置の作動時には常に駆動する。
上記構成により、冷媒循環サイクル2において、圧縮機10から圧送された高温高圧の冷媒は、蓄熱タンク11内で低温の冷却水と熱交換された後第1の減圧手段14により減圧され、排気熱交換器15において蒸発し、アキュムレータ18において気液分離されて圧縮機10に戻る。また、冷却水循環サイクル3において、回路3aを循環する冷却水は、所定温度に達するまでラジエータ32へ流入することなく循環され、回路3bを循環する冷却水は、蓄熱タンク11において冷媒の熱を吸収した後、ヒータ用放熱器33に流入し、吸気ダクト4内の吹出空気に放熱する。
このように本構成においては、排気熱交換器15が蒸発器として機能し、冷媒が排気ダクト5内を流れる暖かい車内空気から吸熱するため、着霜する心配はなく、また外気から吸熱する場合よりもCOPが向上する。また、蓄熱タンク11において冷媒により冷却水が加熱されるので、冷却水の不足している熱量を補うことができる。
図8に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時(図7に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)である。この時、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放すると共に、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、排気ダクト5内の送風機54が作動する。その他の構成及び作用は、図7と同様である。このように、排気ダクト5内に外気を流通させる時には、送風機54を作動させることにより、排気熱交換器15に大量の空気を供給し熱交換が良好に行われるようにする。
図9に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時である。この時、冷媒循環サイクル2の圧縮機10が停止し、冷却水循環サイクル3において、エンジン30、メカポンプ31a、ラジエータ32からなる回路31cと、エンジン30、メカポンプ31a、ヒータ用放熱器33、電動ポンプ31bからなる回路31dとが構成される。
このように、冷却水に十分な熱量があり、且つ除湿が不要である場合には、吹出空気の温度調節を放熱器33側のエアミックスドア45bのみによって行えば足り、これにより圧縮機10を駆動するための動力を省くことができる。
図10に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時(図9に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)である。この時、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放すると共に、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放する。その他の構成及び作用は、図9と同様である。
図11に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時(図7に係る状態と除湿要求がある点のみ相違する場合)である。この時、冷媒循環サイクル2において、第1の冷媒バイパス手段20により室外熱交換器12がバイパスされる。また、吸気ダクト4内において、エアミックスドア45aが半開状態となる。その他の構成及び作用は、図7と同様である。
上記構成によれば、蓄熱タンク11において熱交換された冷媒は、第1の減圧手段14により減圧され、排気熱交換器15において蒸発し、更に第2の減圧手段16により減圧され、蒸発器17において蒸発する。このように、排気熱交換器15及び蒸発器17が共に蒸発器として作用するので、吹出空気を蒸発器17により除湿することができる。
図12に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時(図11に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)である。この時、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放すると共に、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、排気ダクト5内の送風機54が作動する。その他の構成及び作用は、図11と同様である。
図13に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時である。この時、冷媒循環サイクル2において、圧縮機10が駆動し、第2のバイパス手段21により第1の減圧手段14がバイパスされる。また、吸気ダクト4内において、エアミックスドア45aが開状態となる。また、排気ダクト5内において、エアミックスドア55が閉状態となり、送風機54が停止する。その他の構成及び作用は、図9の場合と同様である。
この構成により、冷媒循環サイクル2において、圧縮機10から圧送された冷媒は、蓄熱タンク11を通過し、室外熱交換器12、排気熱交換器15において凝縮し、第2の減圧手段16により減圧され、蒸発器17において蒸発する。これにより、蒸発器17による除湿と冷却水の熱による加熱を行うことができるので、除湿暖房が可能となる。
図14に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時(図13に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)である。この時、吸気ダクト4内において吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放すると共に、排気ダクト5内において排気側内外気切換手段53により開口部51が開放する。その他の構成及び作用は、図13の場合と同様である。
図15に示すのは、冷房及び除湿要求があり、且つ外気導入時である。この時、吸入ダクト4内において、エアミックスドア45aが開状態、エアミックスドア45bが半開状態となる。また、排気ダクト5内において、エアミックスドア55が開状態となる。その他の構成及び作用は、図13の場合と同様である。
図16に示すのは、冷房及び除湿要求があり、且つ内気循環時における状態である(図15に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)である。この時、吸入ダクト4内において吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト内において排気側内外気切換手段により開口部51が開放し、送風機54が駆動する。その他の構成及び作用は、図16と同様である。
図17に示すのは、冷房要求があり、且つ外気導入時である。この時、冷媒循環サイクル2において、第2のバイパス手段21により第1の減圧手段14がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル3において、エンジン30、メカポンプ31a、ラジエータ32から構成される回路3cが構成される。また、吸気ダクト4内において、エアミックスドア45aが開状態となり、エアミックスドア45bが閉状態となる。これにより、冷媒は室外熱交換器12により熱交換された後、排気熱交換器15に流入し、排気ダクト5内の空気、即ち車内の冷やされた空気により更に冷却されることによって、サブクールが与えられる。これにより、COPを向上させることができる。
図18に示すのは、冷房要求があり、且つ内気循環時(図17に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸入ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動し、エアミックスドア55が開状態となる。この構成によれば、通常のエアコンシステムの凝縮器とは違い、排気熱交換器15への風量、風速を車速に関係なく制御できるので、サブクール性能が高くなりCOPが向上する。その他の構成及び作用は、図17と同様であり、また図17と同様に、エンジンは作動、停止状態のどちらでもよい。
以上、図6〜図18に示した構成は、エンジン30の駆動時である。
図19に示すのは、エンジンが停止しており(モータのみによる走行時、停車に伴うアイドルストップ時)、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時、冷媒循環サイクル2において、第1のバイパス手段20により室外熱交換器12がバイパスされると共に、第3のバイパス手段22により第2の減圧手段16及び蒸発器17がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル3において、電動ポンプ31b、蓄熱タンク11、ヒータ用放熱器33からなる回路3eが構成される。また、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部40が開放し、エアミックスドア45aが閉状態となり、エアミックスドア45bが開状態となる。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部50が開放し、送風機54が停止し、エアミックスドア55が開状態となる。
本構成によれば、冷媒循環サイクル2において、冷媒は蓄熱タンク11により熱交換し、第1の減圧手段14により減圧され、排気熱交換器15により蒸発し、圧縮機10に戻る。これにより、蓄熱タンク11において冷媒の熱が冷却水へと伝導されるので、エンジン停止に伴う冷却水の熱量不足を補うことができる。また、排気熱交換器15が蒸発器として機能するので、着霜が生じない。更に、冷却水の熱を暖房に使用しないので、エンジン30内の冷却水温度が過度に下がることがなく、エンジン30の再起動時における排気ガスの低減を図ることができる。
図20に示すのは、エンジンが停止しており(アイドルストップ時等)、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時(図19に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図19と同様である。
図21に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時、冷媒循環サイクル2において、圧縮機10の駆動が停止する。また、冷却水循環サイクル3において、電動ポンプ31b、ラジエータ32、ヒータ用放熱器33からなる回路3fが構成される。その他の構成は、上記図19と同様である。
本構成のように、冷却水に十分な熱量がある場合には、圧縮機10を停止させることにより、無駄な電力消費を省くことができる。
図22に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時(図21に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、内気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部50が閉鎖し、送風機54が停止する。
排気ダクト5内へ車内空気が排出されないように車内と連通する開口部50を閉鎖する結果、車外と連津する開口部51が開放し、この排気ダクト5内に外気が流通することとなるが、ここでは冷媒循環サイクル2が停止しており排気熱交換器15での熱交換を行う必要がないため、送風機54を作動させない。
図23に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時における状態である。この時、冷却水循環サイクル3において、電動ポンプ3b、蓄熱タンク11、ヒータ用放熱器33からなる回路3eを構成する。その他の構成は、上記図11と同様である。
本構成においては、エンジン30の停止に伴いメカポンプ31aが停止し、また上述した図11の場合と同様に、排気熱交換器15及び蒸発器17の両方が蒸発器として機能する。
図24に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時(図23に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、内気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、外気側内外気切換手段53により開口部53が開放し、送風機54が作動する。その他の構成及び作用は、上記図23と同様である。
図25に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時における状態である。この時、冷却水循環サイクル3において、電動ポンプ31b、ラジエータ32、放熱器33からなる回路3fが構成される。その他の構成は、上記図14と同様である。
図26に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時(図25に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図25と同様である。
図27に示すのは、エンジンが停止しており(アイドルストップ時等)、且つ冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入における状態である。この時、冷却水循環サイクル3において、電動ポンプ31b、ラジエータ32、ヒータ用放熱器33からなる回路3fが構成される。その他の構成は、上記図15と同様である。
図28に示すのは、エンジンが停止しており(アイドルストップ時等)、且つ冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環(図27に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図27と同様である。
図29に示すのは、エンジンが停止しており、且つ冷房要求があり、且つ外気循環時における状態である。この時、冷却水循環サイクル3において、エンジン30の停止に伴いメカポンプ31aが停止すると共に、電動ポンプ31bも停止させる。その他の構成は、上記図17と同様である。
図30に示すのは、エンジンが停止しており(アイドルストップ時等)、且つ冷房要求があり、且つ内気循環時(図29に係る状態とエンジンが停止している点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図29と同様である。
図31に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ外気導入、且つ設定された冷却水の設定温度以下の場合である。即ち、エンジン30の停止状態が長時間継続した後の再起動時等において、冷却水温度が過度に低下していることにより、エンジン30からの排気ガスの増加が予想される場合等を想定している。冷却水の最低温度は、排気ガスの増加量が許容範囲を超えないように設定される値である。
この時、冷媒循環サイクル2において、第1のバイパス手段20により室外熱交換器12がバイパスされ、第3のバイパス手段22により第2の減圧手段16及び蒸発器17がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル3において、メカポンプ31a、エンジン30、蓄熱タンク11、ヒータ用放熱器33、及び、蓄熱タンク11下流側と第2のポンプ31b上流側とをつなぎ逆止弁35及び開閉弁36bが配置されヒータ用放熱器33をバイパスさせる流路39とからなる回路3gが構成される。また、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部40を開放し、エアミックスドア45aが閉状態となり、エアミックスドア45bが開状態となる。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部50が開放し、送風機54が停止し、エアミックスドア55が開状態となる。
本構成によれば、冷却水循環サイクル3において、エンジン30から流出した冷却水は、蓄熱タンク11において高温高圧の冷媒から熱を吸収し、ヒータ用放熱器33へ流入して吸気ダクト4内の吹出空気に放熱すると共に流路39を通り電動ポンプ31bに送られ、再びエンジン30へ流入する。これにより、エンジン30内の冷却水温が高くなるので、エンジン30が再起動する際の排気ガスの増加を防止できる。また、流路39を開放することにより、全ての冷却水がヒータ用放熱器33へ流入することがないため、冷却水温度が上昇しやすくなる。本構成は、冷却水温度が低下しやすいハイブリッド車やアイドルストップ車において、効果的に機能する。尚、吸気ダクト4及び排気ダクト5内の作用は、上述の通りである。
図32に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ内気循環、且つ設定された冷却水の設定温度以下(図31に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図31の場合と同様である。
図33に示す本実施例に係る車両用空調装置38は、上記実施例2において、冷媒としてCO2を用いた場合であり、排気熱交換器15の出口側と圧縮機10の入口側の冷媒を熱交換させる内部熱交換器39を具備するものである。これにより、冷媒としてCO2を用いた場合に、COPを向上させることができる。また、上記した実施例2と同様の制御を適用することができる。
図34に示す本実施例に係る車両用空調装置200は、冷媒を圧縮する圧縮機201、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器202、圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器203、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段204、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器205、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器206、冷媒バイパス手段としての三方弁210,211、逆止弁212を有して構成される。
図35は、暖房時の状態を示している。この時、三方弁210,211の切換えにより、圧縮機201→ヒータ用熱交換器203→減圧手段204→排気熱交換器206→圧縮機201からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒はヒータ用熱交換器203で放熱し、排気熱交換器206で吸熱する。この構成により、冷媒は排気熱交換器206において車内から車外へ排出される空気から吸熱するので、車外の冷たい空気から吸熱するよりも効率がよくなり、暖房性能が向上する。
図36は、冷房時の状態を示している。この時、圧縮機201→室外熱交換器202→減圧手段204→蒸発器205→圧縮機201からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は室外熱交換器202で凝縮し、蒸発器205で蒸発する。
図37は、除湿暖房時の状態を示している。この時、圧縮機201→ヒータ用熱交換器203→減圧手段204→蒸発器205からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒はヒータ用熱交換器203で凝縮し、蒸発器205で蒸発する。これにより、暖房作用を奏するヒータ用熱交換器203と、除湿作用を奏する蒸発器205とを同時に機能させることができる。
また、図38(a)に示すように、前記三方弁211の替りに2つの開閉弁213,214、更に図38(b)に示すように、前記三方弁210の替りに2つの開閉弁215,216を用いることによっても、冷媒バイパス手段を構成することができる。また、図38(c)に示すように、蒸発器205及び排気熱交換器206にそれぞれ専用の減圧手段204a,204bを設けても良い(このことは上記実施例1においても適用可能である)。また、図中、高圧側又は/且つ低圧側に設けられる気液分離用又は/且つ余剰冷媒を溜めるための容器、既存の温水ヒータ等が省略されている。
図39〜図47に示す本実施例に係る車両用空調装置70は、電動モータを走行用駆動源とする自動車(電気自動車、燃料電池車等)において用いられるものであり、冷媒循環サイクル71、吸気ダクト4、排気ダクト5を有して構成される。
冷媒循環サイクル71は、冷媒としてCO2が用いられ、圧縮機55、ヒータ用熱交換器56、第3の減圧手段57、室外熱交換器58、排気熱交換器59、第4の減圧手段60、蒸発器61、アキュムレータ62、内部熱交換器63が配管接続されると共に、第3の減圧手段57をバイパスさせる第4のバイパス手段65、室外熱交換器58をバイパスさせる第5のバイパス手段66、第4の減圧手段60及び蒸発器61をバイパスさせる第6のバイパス手段67を具備して構成されている。
ヒータ用熱交換器56は、圧縮機55から圧送された高温高圧の冷媒が流入され、この冷媒と吸気ダクト4内を流通する吹出空気とを熱交換させるものである。内部熱交換器63は、排気熱交換器59の出口側と圧縮機10の入口側の冷媒を熱交換させるものである。第3〜6のバイパス手段65,66,67は、上記実施例2と同様に電磁式開閉弁及び配管により構成されるものである。
吸気ダクト4は、上記実施例1と同様の構成を有し、その内部に吸気側内外気切換手段43、送風機44、蒸発器61、ヒータ用熱交換器56、エアミックスドア45a,45bが配置され、その上流端に車外と連通する開口部40及び車内と連通する開口部41、下流端に車内と連通する開口部42が形成されている。排気ダクト5は、その内部に排気側内外気切換手段53、送風機54、排気熱交換器59が配置され、その上流端に車内と連通する開口部50及び車外と連通する開口部51、下流端に車外と連通する開口部52が形成されている。
図40に示すのは、上記構成の車両用空調装置70において、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時、冷媒循環サイクル71において、第2のバイパス手段66により室外熱交換器58がバイパスされ、第3のバイパス手段67により第4の減圧手段60及び蒸発器61がバイパスされる。また、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段41は車外と連通する開口部40を開放すると共に車内と連通する開口部41を小さい開度で開放し、エアミックスドア45aが閉状態となり、エアミックスドア45bが開状態となる。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段51は車内と連通する開口部50を開放し、送風機54が停止する。
これにより、排気熱交換器59が蒸発器として機能するので、着霜又は結露することはなく、外気から吸熱する場合よりもCOPを向上させることができる。
図41に示すのは、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時(図40に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図40と同様である。これにより、排気熱交換器59への通風量が増加し、熱交換が促進される。
図42に示すのは、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時(図40に係る状態とは除湿要求がある点のみ相違する場合)における状態である。この時、第2のバイパス手段66により室外熱交換器58がバイパスされる。また、吸気ダクト4内において、エアミックスドア45aが半開状態となる。その他の構成は、上記図40と同様である。
これにより、排気熱交換器59及び蒸発器61の両方が蒸発器として機能し、また吹出空気が蒸発器61を通過することにより、除湿がなされる。
図43に示すのは、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時(図42に係る状態とは内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図42と同様である。
図44に示すのは、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時(図42に係る状態とは冷房要求がある点のみ相違する場合)における状態である。この時、冷媒循環サイクル71において、第1のバイパス手段65により第4の減圧手段57がバイパスされる。また、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段41は車外と連通する開口部40を開放すると共に車内と連通する開口部41を小さい開度で開放し、エアミックスドア45aが開状態となり、エアミックスドア45bが半開状態となる。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段51は車内と連通する開口部50を開放し、送風機54が停止する。
これにより、排気熱交換器59には凝縮後減圧前の冷媒が流入し、排気熱交換器59は冷媒にサブクールを与える働きをするので、COPを向上させることができる。また、この時排気ダクト5内には既に冷やされた車内空気が流通しているので、得られるサブクールは大きくなる。
図45に示すのは、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環(図44に係る状態とは内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図44と同様である。
図46に示すのは、冷房要求があり、且つ外気導入(図46に係る状態とは除湿要求がない点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、エアミックスドア45bが閉状態となる。その他の構成は、上記図46と同様である。
図47に示すのは、冷房要求があり、且つ内気循環(図46に係る状態とは内気循環である点のみ相違する場合)における状態である。この時、吸気ダクト4内において、吸気側内外気切換手段43により開口部41が開放する。また、排気ダクト5内において、排気側内外気切換手段53により開口部51が開放し、送風機54が作動する。その他の構成は、上記図46と同様である。
以上のように、本発明によれば、従来排気されていた車内空気の持つ熱エネルギー(ポテンシャル)を冷媒による吸熱又は冷媒からの放熱作用のために有効に利用することによって着霜を防止し、COPを向上させ、また暖房時における熱源の確保を確実に行うことができるので、特に熱源の不足しがちなハイブリッド車、アイドルストップ車、電気自動車、燃料電池車等において信頼性の高い空調装置を提供することができる。
実施例1に係る車両用空調装置の構成を示す図である。 実施例1における暖房時のサイクル構成を示す図である。 実施例1における冷房時のサイクル構成を示す図である。 実施例1における除湿暖房時のサイクル構成を示す図である。 実施例1において、(a)は排気熱交換器の結露又は着霜を防止するための制御を示すフローチャートであり、(b)は各種状況において排気熱交換器に結露等を生じさせない下限温度(露点温度)を求めたデータマップである。 実施例2に係る車両用空調装置の基本構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、冷房要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、冷房要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン駆動、且つ暖房要求があり、且つ外気導入、且つ設定された冷却水の最低温度以下の時のサイクル構成を示す図である。 実施例2の構成において、エンジン駆動、且つ暖房要求があり、且つ外気導入、且つ設定された冷却水の最低温度以下時の時のサイクル構成を示す図である。 実施例3に係る車両用空調装置の基本構成を示す図である。 実施例4に係る車両用空調装置の構成を示す図である。 実施例4における暖房時のサイクル構成を示す図である。 実施例4における冷房時のサイクル構成を示す図である。 実施例4における除湿暖房時のサイクル構成を示す図である。 (a)及び(b)は、実施例4において冷媒バイパス手段のバリエーションを示す図であり、(c)は、実施例4において減圧手段のバリエーションを示す図である。 実施例5に係る車両用空調装置の基本構成を示す図である。 実施例5の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、冷房要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。 実施例5の構成において、冷房要求があり、且つ内気導入時のサイクル構成を示す図である。
符号の説明
1,38,70,100,200 車両用空調装置
2,71 冷媒循環サイクル
3 冷却水循環サイクル
4 吸気ダクト
5 排気ダクト
10,55,101,201 圧縮機
11,103 媒体間熱交換器(蓄熱タンク)
12,102,202 室外熱交換器
14 第1の減圧手段
15,59,106,206 排気熱交換器
16 第2の減圧手段
17,61,102,202 蒸発器
20 第1の冷媒バイパス手段
21 第2の冷媒バイパス手段
22 第3の冷媒バイパス手段
30 エンジン
31a メカポンプ
31b 電動ポンプ
32 ラジエータ
33,107 ヒータ用放熱器
56,203 ヒータ用熱交換器
34a〜34f 三方弁(冷却水バイパス手段)
35 逆止弁(冷却水バイパス手段)
36a,36b 開閉弁(冷却水バイパス手段)
39,63 内部熱交換器
43 吸気側内外気切換手段
53 排気側内外気切換手段
44,54 送風機
57 第3の減圧手段
60 第4の減圧手段
65 第4の冷媒バイパス手段
66 第5の冷媒バイパス手段
67 第6の冷媒バイパス手段
104,204 減圧手段
110,111,210,211,213〜216 冷媒バイパス手段

Claims (31)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機、
    圧縮後の冷媒を外気と熱交換器させる室外熱交換器、
    圧縮後の冷媒を他の熱交換媒体と熱交換させる媒体間熱交換器、
    冷媒を減圧する減圧手段、
    減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
    減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器、
    前記他の熱交換媒体を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器、
    所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段、
    を具備して構成される車両用空調装置。
  2. 前記冷媒バイパス手段は、暖房時において、前記圧縮機→前記媒体間熱交換器→前記減圧手段→前記排気熱交換器→前記圧縮機からなる循環経路を構成することを特徴とする請求項1記載の車両用空調装置。
  3. 前記他の熱交換媒体は、エンジンを冷却するための冷却水であることを特徴とする請求項1又は2記載の車両用空調装置。
  4. 冷媒が循環する冷媒循環サイクルと、エンジンを冷却するための冷却水が循環する冷却水循環サイクルとを利用する車両用空調装置であって、
    冷媒を圧縮する圧縮機、
    圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、
    冷媒を減圧する減圧手段、
    減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
    前記冷却水を車内へ吹き出される空気中で放熱させるヒータ用放熱器、
    通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用放熱器が内部に設置される吸気ダクト、
    通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、
    前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、
    前記冷媒と前記冷却水とを熱交換させる媒体間熱交換器、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段、
    前記冷却水循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷却水の流通経路を変更させる冷却水バイパス手段、
    を具備することを特徴とする車両用空調装置。
  5. 前記冷媒バイパス手段は、
    暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させることを特徴とする請求項4記載の車両用空調装置。
  6. 前記冷媒バイパス手段は、
    冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させることを特徴とする請求項4又は5記載の車両用空調装置。
  7. 前記冷媒循環サイクルは、
    前記圧縮機と前記室外熱交換器との間に前記媒体間熱交換器が配置され、
    前記室外熱交換器と前記排気熱交換器との間に第1の減圧手段が配置、
    前記排気熱交換器と前記蒸発器との間に第2の減圧手段が配置され、
    前記室外熱交換器をバイパスさせる第1の冷媒バイパス手段、
    前記第1の減圧手段をバイパスさせる第2の冷媒バイパス手段、
    前記第2の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせる第3の冷媒バイパス手段、
    を具備して構成され、
    前記冷却水循環サイクルは、
    前記エンジン、
    前記冷却水を冷却させるラジエータ、
    前記冷却水を流動させるポンプ、
    前記ヒータ用放熱器、
    前記媒体間熱交換器、
    を具備して構成されることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  8. 暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がない場合には、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第1の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせると共に、前記第3の冷媒バイパス手段により前記第2の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせ、
    前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器、前記ヒータ用放熱器、前記ポンプからなる回路を構成することを特徴とする請求項7記載の車両用空調装置。
  9. 暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がない場合には、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記圧縮機を停止し、
    前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器をバイパスする回路を構成することを特徴とする請求項7又は8記載の車両用空調装置。
  10. 冷房要求がある場合、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第2の冷媒バイパス手段により、前記第1の減圧手段をバイパスさせることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  11. 暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足している場合には、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第1の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせ、
    前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器、前記ヒータ用放熱器、前記ポンプからなる回路を構成することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  12. 暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足している場合には、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第2の冷媒バイパス手段により、前記第1の減圧手段をバイパスさせ、
    前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器をバイパスする回路を構成することを特徴とする請求項7〜11のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  13. 前記エンジン及び電動モータを走行用駆動源とする車両において用いられることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  14. 前記冷却水が設定された温度以下となった場合には、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記圧縮機を駆動させ、
    前記冷却水循環サイクルにおいて、前記ラジエータをバイパスすると共に前記媒体間熱交換器を含む回路を構成することを特徴とする請求項13記載の車両用空調装置。
  15. 前記冷媒がCO2であり、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記排気熱交換器の出口側の冷媒と前記圧縮機の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を具備することを特徴とする請求項4〜14のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  16. 冷媒を圧縮する圧縮機、
    圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、
    圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器、
    冷媒を減圧する減圧手段、
    減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
    減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器、
    所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段、
    を具備して構成される車両用空調装置。
  17. 前記冷媒バイパス手段は、暖房時において、前記圧縮機→前記ヒータ用熱交換器→前記減圧手段→前記排気熱交換器→前記圧縮機からなる循環経路を構成することを特徴とする請求項16記載の車両用空調装置。
  18. 前記冷媒バイパス手段は、除湿暖房時において、前記圧縮機→前記ヒータ用熱交換器→前記減圧手段→前記蒸発器→前記圧縮機からなる循環経路を構成することを特徴とする請求項16又は17記載の車両用空調装置。
  19. 冷媒が循環する冷媒循環サイクルを利用する車両用空調装置であって、
    冷媒を圧縮する圧縮機、
    圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、
    圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器、
    冷媒を減圧する減圧手段、
    減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
    通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用熱交換器が内部に設置される吸気ダクト、
    通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、
    前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、
    所定の条件に基づいて冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段を具備して構成される車両用空調装置。
  20. 前記冷媒バイパス手段は、
    暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させることを特徴とする請求項19記載の車両用空調装置。
  21. 前記冷媒バイパス手段は、
    冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させることを特徴とする請求項19又は20記載の車両用空調装置。
  22. 前記冷媒循環サイクルは、
    前記圧縮機と前記室外熱交換器との間に前記ヒータ用熱交換器が配置され、
    前記ヒータ用熱交換器と前記室外熱交換器との間に第3の減圧手段が配置され、
    前記排気熱交換器と前記蒸発器との間に第4の減圧手段が配置され、
    前記第3の減圧手段をバイパスさせる第4の冷媒バイパス手段、
    前記室外熱交換器をバイパスさせる第5の冷媒バイパス手段、
    前記第4の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせる第6の冷媒バイパス手段、
    を具備することを特徴とする請求項19〜21のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  23. 暖房要求があり、且つ除湿要求がない場合には、
    前記第5の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせると共に、前記第6の冷媒バイパス手段により前記第4の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせることを特徴とする請求項22記載の車両用空調装置。
  24. 暖房及び除湿要求である場合には、
    前記第5の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせることを特徴とする請求項22又は23記載の車両用空調装置。
  25. 冷房要求がある場合には、
    前記第4の冷媒バイパス手段により前記第3の減圧手段をバイパスさせることを特徴とする請求項22〜24のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  26. 電動モータを走行用駆動源とする車両において用いられることを特徴とする請求項19〜25のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  27. 前記冷媒がCO2であり、
    前記冷媒循環サイクルにおいて、前記排気熱交換器の出口側の冷媒と前記圧縮機の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を具備することを特徴とする請求項19〜26のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  28. 前記排気ダクトの上流端は、車内及び車外と連通し、
    前記吸気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる吸入側内外気切換手段、
    前記排気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる排気側内外気切換手段、
    を具備し、
    前記排気側内外気切換手段は、前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに外気が流入されている場合には前記排気ダクト内に内気が流入するように、また前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに内気のみが流入されている場合には前記排気ダクト内に外気が流入するように制御されることを特徴とする請求項4〜15,19〜27のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  29. 前記排気ダクトには、空気の流通を促進させる送風機が内設され、
    前記送風機は、前記排気側内外気切換手段により前記排気ダクト内に外気が流入されている場合に駆動することを特徴とする請求項28記載の車両用空調装置。
  30. 前記排気熱交換器の結露又は着霜を防止する結露防止手段を具備することを特徴とする請求項1〜29のいずれ1つに記載の車両用空調装置。
  31. 前記結露防止手段は、
    前記排気熱交換器周辺の空気の露点温度を推定する露点温度推定手段、
    前記排気熱交換器の温度を前記推定された露点温度よりも高温に維持する排気熱交換器温度調節手段、
    を具備することを特徴とする請求項30記載の車両用空調装置。
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