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【発明の名称】 車両用空調装置
【発明者】 【氏名】清水 俊孝
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内

【氏名】高野 義昭
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内
【要約】 【課題】ホットガス暖房モード時の暖房性能を効率的に向上させる。

【解決手段】冷房用冷凍サイクルＣにより室内熱交換器１８を蒸発器として作動させ、この室内熱交換器１８で冷却された空気を車室内へ吹き出すことにより冷房モードを実行し、また、ホットガスヒータサイクルＨにより室内熱交換器１８を放熱器として作動させ、室内熱交換器１８で加熱された空気を車室内へ吹き出すことにより暖房モードを実行する車両用空調装置において、室内熱交換器１８の出口側と圧縮機１０の吸入側との間に、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を圧縮機１０の吸入側へ導出するアキュムレータ１９を設置するととともに、アキュムレータ１９に液冷媒を加熱する電気ヒータ４０を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機（１０）より吐出された冷媒を、室外熱交換器（１４）、冷房用減圧装置（１６）および室内熱交換器（１８）を通して前記圧縮機（１０）に戻すことで、前記室内熱交換器（１８）を蒸発器として作動させる冷房用冷凍サイクル（Ｃ）と、前記圧縮機（１０）より吐出された冷媒を、前記室外熱交換器（１４）をバイパスさせて、前記室内熱交換器（１８）を通して前記圧縮機（１０）に戻すことで、前記室内熱交換器（１８）を放熱器として作動させるホットガスヒータサイクル（Ｈ）とを切替可能に構成し、前記室内熱交換器（１８）を、車室内へ向かって空気が流れる空調ケース（２２）内に配置し、前記冷房用冷凍サイクル（Ｃ）により前記室内熱交換器（１８）で冷却された空気を車室内へ吹き出すことにより冷房モードを実行し、また、前記ホットガスヒータサイクル（Ｈ）により前記室内熱交換器（１８）で加熱された空気を車室内へ吹き出すことにより暖房モードを実行する車両用空調装置において、前記室内熱交換器（１８）の出口側と前記圧縮機（１０）の吸入側との間に、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を前記圧縮機（１０）の吸入側へ導出するアキュムレータ（１９）を設置するととともに、前記アキュムレータ（１９）に前記液冷媒を加熱する加熱手段（４０、５２）を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】 前記圧縮機（１０）は車両エンジン（１２）により駆動され、前記空調ケース（２２）内において、前記室内熱交換器（１８）の下流側に前記車両エンジン（１２）からの温水を熱源として空気を加熱する暖房用熱交換器（２４）を配置することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】 前記加熱手段は電気ヒータ（４０）である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。
【請求項４】 前記電気ヒータ（４０）は、薄板状の電気抵抗体材料を含むヒータ本体部（４２）をフィルム部材（４３、４４）により被覆した構成になっていることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】 前記電気ヒータ（４０）を前記アキュムレータ（１９）のタンク本体部（１９ａ）の外周面の下部に円筒状に曲げて装着したことを特徴とする請求項３または４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】 前記暖房モード時に前記ホットガスヒータサイクル（Ｈ）の高圧圧力を検出する圧力検出手段（２７ｄ）と、前記高圧圧力が所定値以上となるように前記圧力検出手段（２７ｄ）の検出信号に基づいて前記電気ヒータ（４０）の通電を制御する電気ヒータ制御手段（２６）とを備えることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項７】 前記加熱手段は前記車両エンジン（１２）からの温水が循環する温水配管（５２）であることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、暖房時に圧縮機吐出ガス冷媒（ホットガス）を室内熱交換器（蒸発器）に直接導入することにより、室内熱交換器をガス冷媒の放熱器として使用するホットガス暖房機能を発揮する車両用空調装置に関するもので、特に、ホットガス暖房モード時の暖房性能を効率的に向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両用空調装置では冬期暖房時に温水（エンジン冷却水）を暖房用熱交換器に循環させ、この暖房用熱交換器にて温水を熱源として空調空気を加熱するようにしている。この場合、温水温度が低いときには車室内への吹出空気温度が低下して必要な暖房能力が得られない場合がある。
【０００３】そこで、特開平１１−４２９３４号公報では、ホットガスヒータサイクルにより暖房機能を発揮できる車両用空調装置が提案されている。この従来技術では、エンジン始動時のごとく温水温度が所定温度より低いときには、圧縮機吐出ガス冷媒（ホットガス）を凝縮器をバイパスして室内熱交換器（蒸発器）に導入して、室内熱交換器でガス冷媒から空調空気に放熱することにより、補助暖房機能を発揮できるようにしている。すなわち、上記の従来技術おいては、空調ケース内に設置された１個の室内熱交換器を冷房モード時の冷却器および暖房モード時の放熱器として切替使用している。
【０００４】更に、上記従来技術では、室内熱交換器と圧縮機吸入側とを連結する低圧冷媒配管に電気ヒータ等の加熱手段を設置して、低圧冷媒配管の冷媒を加熱することにより、ホットガス暖房モード時の暖房性能を向上させるようにしている。つまり、低圧冷媒の加熱により圧縮機の冷媒吸入圧を高めて圧縮機吸入冷媒の密度を大きくし、これにより、冷媒の重量流量を増大させ、圧縮機仕事量を増大しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者の実験検討によると、上記従来技術では次の理由からホットガス暖房モード時の暖房性能を十分向上できないことが判明した。すなわち、ホットガスヒータサイクルでは、低圧冷媒配管の途中に冷媒の気液を分離して液冷媒を溜めるアキュムレータを設置しているので、低圧側冷媒は室内熱交換器の出口で飽和ガスとなるようにバランスする。
【０００６】従って、電気ヒータ等の加熱手段は低圧冷媒配管内の飽和ガス冷媒を加熱することになる。ところが、液に比してガスに対する熱伝達率は大幅に低いので、加熱手段から冷媒への伝熱量がどうしても小さくなってしまい、ホットガス暖房モード時の暖房性能を十分向上できない。
【０００７】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、ホットガス暖房モード時の暖房性能を効率的に向上できるようにすることを目的とする。
【０００８】また、本発明はホットガス暖房モード時の暖房性能向上のために電気ヒータを用いる場合において、防水性に優れた電気ヒータ構造を提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷房用冷凍サイクル（Ｃ）により室内熱交換器（１８）を蒸発器として作動させ、この室内熱交換器（１８）で冷却された空気を車室内へ吹き出すことにより冷房モードを実行し、また、ホットガスヒータサイクル（Ｈ）により室内熱交換器（１８）を放熱器として作動させ、室内熱交換器（１８）で加熱された空気を車室内へ吹き出すことにより暖房モードを実行する車両用空調装置において、室内熱交換器（１８）の出口側と圧縮機（１０）の吸入側との間に、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を圧縮機（１０）の吸入側へ導出するアキュムレータ（１９）を設置するととともに、アキュムレータ（１９）に液冷媒を加熱する加熱手段（４０、５２）を備えることを特徴とする。
【００１０】これにより、ホットガス暖房モード時に、アキュムレータ（１９）内に溜まる液冷媒を加熱手段（４０、５２）にて加熱することができる。ここで、ガス冷媒に対する熱伝達率に比較して液冷媒に対する熱伝達率は大幅に高いので、加熱手段（４０、５２）の熱量を冷媒に効率よく伝達できる。そして、この伝熱によりアキュムレータ（１９）内の液冷媒が蒸発するので、圧縮機（１０）の吸入冷媒圧が上昇して吸入冷媒の密度が上昇するので、圧縮機（１０）から吐出される重量流量が増加して、圧縮機吐出圧力が上昇する。これにより、圧縮機（１０）の圧縮仕事量が増加する。その結果、室内熱交換器（１８）での放熱量を効果的に増加でき、ホットガス暖房モード時の暖房性能を効率的に向上できる。
【００１１】請求項２に記載の発明では、請求項１において、圧縮機（１０）は車両エンジン（１２）により駆動され、空調ケース（２２）内において、室内熱交換器（１８）の下流側に車両エンジン（１２）からの温水を熱源として空気を加熱する暖房用熱交換器（２４）を配置することを特徴とする。
【００１２】これにより、室内熱交換器（１８）で加熱された空気を下流側の温水式暖房用熱交換器（２４）にて更に加熱して車室内へ吹き出すことができる。しかも、請求項１で述べた圧縮機（１０）の圧縮仕事量の増加により車両エンジン（１２）の圧縮機駆動負荷が増大してエンジン水温の上昇を促進する。このため、エンジン水温の上昇により暖房用熱交換器（２４）の暖房性能を向上できる。その結果、室内熱交換器（１８）での放熱量増加と温水式暖房用熱交換器（２４）での放熱量増加とが相俟って、ホットガス暖房時の暖房性能を効率よく向上できる。
【００１３】請求項３に記載の発明のように、請求項１または２において、加熱手段は具体的には電気ヒータ（４０）で構成できる。
【００１４】このように、加熱手段として電気ヒータ（４０）を用いると、電気ヒータ（４０）での電力消費により車載バッテリ充電用発電機の発電負荷の上昇→車両エンジン（１２）の発電機駆動負荷の増大→エンジン水温の上昇をもたらすので、温水式暖房用熱交換器（２４）での放熱量をより一層増加でき、ホットガス暖房時の暖房性能を更に向上できる。
【００１５】請求項４に記載の発明では、請求項３において、電気ヒータ（４０）を、薄板状の電気抵抗体材料を含むヒータ本体部（４２）をフィルム部材（４３、４４）により被覆した構成にすることを特徴とする。
【００１６】これにより、電気ヒータ（４０）のヒータ本体部（４２）への水の侵入をフィルム部材（４３、４４）により防止して、電気ヒータ（４０）の防水性を高めることができる。
【００１７】請求項５に記載の発明では、請求項３または４において、電気ヒータ（４０）をアキュムレータ（１９）のタンク本体部（１９ａ）の外周面の下部に円筒状に曲げて装着したことを特徴とする。
【００１８】これにより、アキュムレータ（１９）の外周面の周方向の全周からアキュムレータ（１９）内の液冷媒を効率よく加熱できる。
【００１９】請求項６に記載の発明では、請求項３ないし５のいずれか１つにおいて、暖房モード時にホットガスヒータサイクル（Ｈ）の高圧圧力を検出する圧力検出手段（２７ｄ）と、高圧圧力が所定値以上となるように圧力検出手段（２７ｄ）の検出信号に基づいて電気ヒータ（４０）の通電を制御する電気ヒータ制御手段（２６）とを備えることを特徴とする。
【００２０】これにより、ホットガス暖房性能に直結するサイクル高圧圧力に応動して電気ヒータ（４０）の通電を制御できる。従って、ホットガス暖房性能の不足時にはこの暖房不足に的確に応答して電気ヒータ（４０）に通電して、暖房性能を向上できる。
【００２１】請求項７に記載の発明のように、請求項２において、加熱手段を車両エンジン（１２）からの温水が循環する温水配管（５２）にて構成してもよい。
【００２２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は第１実施形態による車両用空調装置の全体構成を例示している。圧縮機１０は、電磁クラッチ１１を介して水冷式の車両エンジン１２により駆動されるもので、例えば、固定容量型の斜板型圧縮機から構成される。
【００２４】圧縮機１０の吐出側は冷房用電磁弁１３を介して凝縮器１４に接続され、この凝縮器１４の出口側は冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める受液器１５に接続される。凝縮器１４は圧縮機１０等とともに車両エンジンルームに配置され、電動式の冷却ファン１４ａにより送風される外気（冷却空気）と熱交換する室外熱交換器である。
【００２５】そして、受液器１５の出口側は冷房用減圧装置をなす温度式膨張弁１６に接続されている。この温度式膨張弁１６の出口側は逆止弁１７を介して蒸発器１８の入口側に接続されている。蒸発器１８の出口側はアキュームレータ１９を介して圧縮機１０の吸入側に接続されている。
【００２６】上記した圧縮機１０の吐出側から冷房用電磁弁１３→凝縮器１４→受液器１５→温度式膨張弁１６→逆止弁１７→蒸発器１８→アキュームレータ１９を経て圧縮機１０の吸入側に戻る閉回路により通常の冷房用冷凍サイクルＣが構成される。
【００２７】温度式膨張弁１６は周知のごとく通常の冷凍サイクル運転時（冷房モード時）に蒸発器１８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）を調整するものである。アキュームレータ１９は円筒状のタンク本体部１９ａを有し、このタンク本体部１９ａ内部にて蒸発器１８出口からの冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める。
【００２８】そして、タンク本体部１９ａ内部にＵ字状の冷媒出口管１９ｂを配置し、この冷媒出口管１９ｂの上端開口部１９ｃからタンク本体部１９ａ内上部のガス冷媒を吸入するとともに、冷媒出口管１９ｂの底部に開口するオイル戻し穴（図示せず）からタンク本体部１９ａ内底部付近の、オイルが溶け込んでいる液冷媒を少量吸入して、この液冷媒をガス冷媒に混入して圧縮機１０側へ導出するようになっている。
【００２９】一方、圧縮機１０の吐出側と蒸発器１８の入口側との間に、凝縮器１４等をバイパスするホットガスバイパス通路２０が設けてあり、このバイパス通路２０には暖房用電磁弁２１および絞り２１ａが直列に設けてある。この絞り２１ａは暖房用減圧装置をなすものであり、オリフィス、キャピラリチューブ等の固定絞りで構成することができる。圧縮機１０の吐出側から暖房用電磁弁２１→絞り２１ａ→蒸発器１８→アキュームレータ１９を経て圧縮機１０の吸入側に戻る閉回路により暖房用のホットガスヒータサイクルＨが構成される。
【００３０】車両用空調装置の空調ケース２２は車室内へ向かって空気が流れる空気通路を構成するもので、この空調ケース２２内を電動式の空調用送風機２３により空気が送風される。空調用送風機２３は、図示の簡略化のために軸流式で示しているが、実際は、遠心式ファンを持つ遠心式送風機であり、この空調用送風機２３は送風機駆動回路により制御されるブロワモータ２３ａにより回転駆動される。なお、本実施形態の送風機２３の送風量は、ブロワモータ２３ａに印加するブロワ制御電圧を調整することにより、連続的または段階的に切り替え可能になっている。
【００３１】また、空調用送風機２３の吸入側には、車室外空気（以下外気と言う）を吸い込むための外気吸込口７０、車室内空気（以下内気と言う）を吸い込むための内気吸込口７１、および内外気切替手段を構成する板状の内外気切替ドア７２が設けられている。なお、内外気切替ドア７２は、図示しないリンク機構を介してサーボモータ等のアクチュエータにより駆動されて、外気吸込口７０から外気を吸い込む外気モードと内気吸込口７１から内気を吸い込む内気モードとを少なくとも切り替える。
【００３２】蒸発器１８は空調ケース２２内に設置される室内熱交換器であって、冷房モード時には冷房用冷凍サイクルＣにより冷媒が循環して、蒸発器１８での冷媒蒸発（吸熱）により空調用送風機２３の送風空気を冷却するので、冷却器としての役割を果たす。また、暖房モード時には、蒸発器１８はホットガスバイパス通路２０からの高温冷媒ガス（ホットガス）が流入して空気を加熱するので、放熱器としての役割を果たす。
【００３３】空調ケース２２内において蒸発器１８の空気下流側には、車両エンジン１２からの温水（エンジン冷却水）を熱源として送風空気を加熱する温水式の暖房用熱交換器２４が設置されている。この暖房用熱交換器２４への温水回路には温水流れを制御する温水弁２５が備えられている。
【００３４】ところで、温水式の暖房用熱交換器２４は、車室内の暖房のための主暖房手段をなすものであり、これに対して、ホットガスヒータサイクルＨによる放熱器をなす蒸発器（室内熱交換器）１８は補助暖房手段を構成する。
【００３５】一方、空調ケース２２の最も空気下流側には、車両フロント窓ガラスの内面に向けて空調風（主に温風）を吹き出すためのデフロスタ（ＤＥＦ）吹出口３１と、車両乗員の顔部（上半身）に向けて空調風（主に冷風）を吹き出すためのフェイス（ＦＡＣＥ）吹出口３２と、車両乗員の足元部（下半身）に向けて空調風（主に温風）を吹き出すためのフット（ＦＯＯＴ）吹出口３３が設けられている。更に、これらの各吹出口３１〜３３を選択的に開閉する複数個のモード切替ドア３４〜３６が回動可能に設けられている。なお、このモード切替ドア３４〜３６は吹出モード切替手段を構成するものであって、図示しないリンク機構を介してサーボモータ等のアクチュエータにより駆動される。
【００３６】空調用電子制御装置（以下ＥＣＵという）２６は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、予め設定されたプログラムに従って所定の演算処理を行って、電磁弁１３、２１の開閉およびその他の電気機器（１１、１４ａ、２３、２５、後述の電気ヒータ４０等）の作動を制御する。
【００３７】アキュームレータ１９にはその内部の液冷媒を加熱する加熱手段として電気ヒータ４０が備えられている。この電気ヒータ４０は、ホットガス暖房モード時の暖房性能を向上するためのものであり、電気ヒータ４０の具体例を図２、図３に示す。電気ヒータ４０は、図２に示すようにアキュームレータ１９の円筒状のタンク本体部１９ａの外周面下方部に配置され、固定される。
【００３８】図３は電気ヒータ４０の具体的構造を例示するものであり、薄板状のヒータ本体部４２を多層フィルム部材４３、４４によりサンドイッチ状に挟み込み、一体化した構成になっている。ヒータ本体部４２は薄板状の柔軟な電気抵抗体をシリコンラバーのような弾性体により被覆した構成になっている。ここで、電気抵抗体は細長い薄板状のものを複数個並置し、この複数個の電気抵抗体を電気的に並列接続している。そして、シリコンラバーは電気抵抗体の電気絶縁を行うとともに、複数個の電気抵抗体の固定を行う。
【００３９】一方、多層フィルム部材４３、４４は同一の構成であり、以下の３種類のフィルム材を積層している。内側フィルム層４３ａ、４４ａは融点が比較的低くて熱溶着による接着作用を発揮するものであり、ポリエチレン等の樹脂材からなる。なお、電気ヒータ４０の温度は後述のように１５０℃に温度制御されるので、内側フィルム層４３ａ、４４ａの樹脂材の融点が低いといってもこの１５０℃よりは高い温度であり、ポリエチレンの融点は２００℃である。
【００４０】中間フィルム層４３ｂ、４４ｂはアルミニュウム等の金属箔からなり、水分透過を抑制して耐水性を高めるものである。外側フィルム層４３ｃ、４４ｃは耐熱性を高めるものであり、そのため、耐熱性に優れたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂により外側フィルム層４３ｃ、４４ｃは構成される。
【００４１】薄板状のヒータ本体部４２をその表裏両側から多層フィルム部材４３、４４によりサンドイッチ状に挟み込み、その後、ヒータ本体部４２と多層フィルム部材４３、４４との積層体に圧力を加えながら加熱することにより、内側層４３ａ、４４ａの樹脂材に接着作用を発揮させて、ヒータ本体部４２と多層フィルム部材４３、４４とを熱溶着により一体化する。
【００４２】このようにして一体化された電気ヒータ４０の全体形状は変形の容易な柔軟な薄板形状になっている。そのため、電気ヒータ４０を図２のようにタンク本体部１９ａの外周面に沿って曲げてタンク本体部１９ａの外周面上に容易に装着できる。
【００４３】そして、電気ヒータ４０の外周面上にリング状のバンド部材４１を嵌合装着し、このリング状のバンド部材４１の両端部間をねじ等により締め付けることにより、電気ヒータ４０をタンク本体部１９ａの外周面上に締め付け固定することができる。
【００４４】一方、ヒータ本体部４２とリード線４５とを電気接続するリード線付け根部において、リード線４５と絶縁被覆部材４５ａとの間に接着材４５ｂを注入して固化させることによりヒータ本体部４２とリード線４５との電気接続部の防水性を確保している。
【００４５】また、ヒータ本体部４２の電気抵抗体材料として発熱温度を設定温度に自己制御しないタイプのものを使用しているので、電気ヒータ４０の発熱温度を検出する温度センサ４６（図２）を電気ヒータ４０の外周面上に取り付けて、この温度センサ４６の検出温度に基づいて電気ヒータ４０の通電を制御するようになっている。
【００４６】図４は第１実施形態の電気制御ブロック図であり、ＥＣＵ２６には、車両エンジン１２の水温センサ２７ａ、外気温センサ２７ｂ、蒸発器１８の吹出空気温度センサ２７ｃ、圧縮機吐出圧力（サイクル高圧圧力）の圧力センサ２７ｄ、内気温センサ２７ｅ、車室内への日射量を検出する日射センサ２７ｆ等のセンサ群から検出信号が入力される。更に、電気ヒータ４０の温度センサ４６の検出信号もＥＣＵ２６に入力される。
【００４７】また、車室内計器盤付近に設置される空調操作パネル２８から以下の操作スイッチ群の操作信号がＥＣＵ２６に入力される。すなわち、エアコンスイッチ２９ａは冷凍サイクルの圧縮機１０の起動または停止を指令するものであり、冷房モードを設定する冷房スイッチの役割を果たす。ホットガススイッチ２９ｂはホットガスヒータサイクルＨによる暖房モードを設定するもので、暖房スイッチの役割を果たす。
【００４８】更に、空調操作パネル２８には、空調の吹出モードを切り替える吹出モード切替スイッチ２９ｃ、車室内の温度を所望の温度に設定する温度設定スイッチ（温度設定手段）２９ｄ、送風機２３のオン、オフおよび風量切替を指令するブロワスイッチ２９ｅ、外気モードと内気モードの切替を指令する内外気切替スイッチ２９ｆ等が設置されている。
【００４９】次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。まず、最初に、冷凍サイクル部分の作動を説明すると、エアコンスイッチ２９ａが投入され、冷房モードが設定されると、ＥＣＵ２６により冷房用電磁弁１３が開状態とされ、暖房用電磁弁２１が閉状態とされる。従って、電磁クラッチ１１が接続状態となり、圧縮機１０が車両エンジン１２にて駆動されると、圧縮機１０の吐出ガス冷媒は開状態の冷房用電磁弁１３を通過して凝縮器１４に流入する。
【００５０】凝縮器１４では、冷却ファン１４ａにより送風される外気にて冷媒が冷却されて凝縮する。そして、凝縮器１４通過後の冷媒は受液器１５で気液分離され、液冷媒のみが温度式膨張弁１６で減圧されて、低温低圧の気液２相状態となる。
【００５１】次に、この低圧冷媒は逆止弁１７を通過して蒸発器１８内に流入して送風機２３の送風する空調空気から吸熱して蒸発する。蒸発器１８で冷却された空調空気はフェイス開口部３２等から車室内へ吹き出して車室内を冷房する。蒸発器１８で蒸発したガス冷媒はアキュームレータ１９を介して圧縮機１０に吸入され、圧縮される。
【００５２】冬期においてホットガススイッチ２９ｂが投入され、ホットガスヒータサイクルＨによる暖房モードが設定されると、ＥＣＵ２６により冷房用電磁弁１３が閉状態とされ、暖房用電磁弁２１が開状態とされ、ホットガスバイパス通路２０が開通する。このため、圧縮機１０の高温吐出ガス冷媒（過熱ガス冷媒）が開状態の暖房用電磁弁２１を通って絞り２１ａで減圧された後、蒸発器１８に流入する。つまり、圧縮機１０からの過熱ガス冷媒（ホットガス）が凝縮器１４等をバイパスして蒸発器１８に直接導入される。
【００５３】このとき、逆止弁１７はホットガスバイパス通路２０からのガス冷媒が温度式膨張弁１６側へ流れるのを防止する。従って、冷凍サイクルは、圧縮機１０の吐出側→暖房用電磁弁２１→絞り２１ａ→蒸発器１８→アキュームレータ１９→圧縮機１０の吸入側に戻る閉回路（ホットガスヒータサイクルＨ）にて運転される。
【００５４】そして、絞り２１ａで減圧された後の過熱ガス冷媒が蒸発器１８にて送風空気に放熱して、送風空気を加熱する。ここで、蒸発器１８にてガス冷媒から放出される熱量は、圧縮機１０の圧縮仕事量に相当するものである。蒸発器１８で放熱したガス冷媒はアキュームレータ１９を介して圧縮機１０に吸入され、圧縮される。
【００５５】なお、エンジン１２の始動直後のように温水温度が低いときは空調用送風機２３は低風量で始動するようにウォームアップ制御される。車両エンジン１２の温水を温水式の暖房用熱交換器２４に温水弁２５を介して循環することにより、蒸発器１８で加熱された送風空気を熱交換器２４において更に加熱することができる。従って、寒冷時においても、蒸発器１８と温水式の暖房用熱交換器２４の両方で加熱された、より温度の高い温風を車室内へ吹き出すことができる。
【００５６】ところで、ホットガスヒータサイクルＨでは、ホットガス暖房時の冷媒流量の確保と圧縮機１０へのオイル戻り量の確保のために、蒸発器１８出口側にアキュームレータ１９を備えている。このアキュームレータ１９内部にて冷媒の気液界面が形成されるから、蒸発器１８の出口側にて冷媒が飽和ガスとなるように低圧側の冷媒状態がバランスしている。
【００５７】そして、アキュームレータ１９の外周面の下部の全周にわたって電気ヒータ４０が取り付けてあるので、電気ヒータ４０に通電すると、アキュームレータ１９内の下部に溜まっている液冷媒を加熱して蒸発させることができる。ここで、電気ヒータ４０はガス冷媒でなく液冷媒を加熱するため、ガス冷媒の加熱に比較して熱伝達率が高くなる。従って、電気ヒータ４０の発熱量を効率よく冷媒に伝達できる。
【００５８】このアキュームレータ１９内の液冷媒の蒸発により圧縮機１０の吸入冷媒の圧力が上昇して、圧縮機１０の吸入冷媒の密度が上昇するので、圧縮機１０から吐出される重量流量が増加して、圧縮機１０の吐出圧力が上昇する。これにより、圧縮機１０の圧縮仕事量が増加する。その結果、蒸発器１８での放熱量を効果的に増加でき、ホットガス暖房時の暖房性能を効果的に向上できる。つまり、電気ヒータ４０の発熱量による冷媒への直接的な伝熱量だけでなく、圧縮機１０の圧縮仕事量増加による放熱量の増加を図ることができ、ホットガス暖房時の暖房性能を効果的に向上できる。この暖房性能の向上に関する具体的数値例は後述する。
【００５９】次に、第１実施形態によるホットガスヒータサイクルＨの暖房モード時の能力制御を図５により具体的に説明する。図５の制御ルーチンは車両エンジン１２の始動（イグニッションスイッチの投入）によりスタートし、ステップＳ１０にて空調操作パネル２８のホットガススイッチ２９ｂが投入（ＯＮ）されているか判定する。ホットガススイッチ２９ｂが投入（ＯＮ）されていると、次に、ステップＳ２０にて外気温が第１所定値（例えば、１０°Ｃ）以下であるか判定する。この判定はホットガス暖房の必要な低外気温域を判定するためのものである。
【００６０】外気温が第１所定値以下のときは、ステップＳ３０にてエンジン水温が所定値（例えば、８０°Ｃ）以下であるか判定する。この判定はエンジン水温がホットガス暖房（補助暖房）を必要とする低温域にあるか判定するためである。エンジン水温が第１所定値以下のときは、次に、ステップＳ４０にて冷房用電磁弁１３を閉、暖房用電磁弁２１を開の状態（すなわち、ホットガス暖房モードの状態）にする。
【００６１】次に、ステップＳ５０にてにてエンジン水温が第２所定値（例えば、５０°Ｃ）以下であるか判定する。この第２所定値は第１所定値より所定温度だけ低い温度であり、ステップＳ５０の判定は、エンジン水温が電気ヒータ４０の発熱を必要とする、より一層の低温域にあるか判定するためである。
【００６２】エンジン水温が第２所定値以下のときは、次に、ステップＳ６０にて圧縮機１０の吐出圧Ｐｄが所定値（例えば、１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ）以下であるか判定する。
【００６３】吐出圧Ｐｄが所定値以下であれば、ステップＳ７０に進み、電気ヒータ４０の表面温度（温度センサ４６の検出温度）が所定値（例えば、１５０°Ｃ）以下であるか判定する。電気ヒータ４０の表面温度が所定値以下であると、ステップＳ８０に進み、電気ヒータ４０に通電するとともに、ステップＳ９０にて電磁クラッチ１１に通電して圧縮機１０を作動状態とする。すなわち、ホットガスヒータサイクルＨにて圧縮機１０の吐出冷媒を循環させるとともに、電気ヒータ４０によりアキュームレータ１９内の下部に溜まっている液冷媒を加熱して蒸発させることができる。
【００６４】一方、ステップＳ５０〜Ｓ７０の判定がＮＯであると、ステップＳ１００に進み、電気ヒータ４０への通電を遮断する。電気ヒータ４０の表面温度は本例ではステップＳ７０の判定により１５０℃付近に制御される。
【００６５】また、ステップＳ２０にて外気温が第１所定値（例えば、１０°Ｃ）より高いと判定されたとき、およびエンジン水温が第１所定値より高いと判定されたときはホットガス暖房を必要としない環境条件にあるので、ステップＳ１１０に進み、冷房用電磁弁１３および暖房用電磁弁２１をともに閉の状態にする。更に、ステップＳ１２０にて電気ヒータ４０への通電を遮断し、ステップＳ１３０にて電磁クラッチ１１への通電を遮断して圧縮機１０を停止状態とする。
【００６６】以上により、ホットガススイッチ２９ｂがたとえ投入（ＯＮ）されていても、ホットガス暖房を必要としないときは自動的に電気ヒータ４０への通電を遮断し、圧縮機１０を停止させることができる。
【００６７】次に、第１実施形態の作用効果を具体的に説明すると、図６のＡは第１実施形態のホットガスヒータサイクルＨにおいて電気ヒータ４０に通電して電気ヒータ４０の表面温度を１５０℃付近の所定値に制御している場合のモリエル線図である。これに対し、図６のＢは第１実施形態のホットガスヒータサイクルＨにおいて電気ヒータ４０への通電を遮断した場合のモリエル線図である。
【００６８】電気ヒータ４０への通電時は前述したようにアキュームレータ１９内の液冷媒の蒸発により圧縮機１０の吸入冷媒の圧力が上昇して圧縮機１０の圧縮仕事量を増加できるので、電気ヒータ４０の発熱量による冷媒への直接的な伝熱量に加えて、圧縮機１０の圧縮仕事量増加による放熱量の増加を図ることができる。そのため、電気ヒータ４０への通電時（モリエル線図Ａ）には蒸発器１８での放熱量Ｑ１を、電気ヒータ４０の非通電時（モリエル線図Ｂ）の場合の放熱量Ｑ２から大幅に向上できる。
【００６９】また、第１実施形態によると、上記のように電気ヒータ４０の発熱による液冷媒の蒸発により圧縮機１０の圧縮仕事量を増加できるので、車両エンジン１２の圧縮機駆動負荷が増大してエンジン水温の上昇を促進する。このため、エンジン水温の上昇による暖房用熱交換器２４の暖房性能向上を図ることができる。また、電気ヒータ４０への通電は車載バッテリ充電用発電機（オルターネータ）の発電負荷の上昇→車両エンジン１２の発電機駆動負荷の増大→エンジン水温の上昇をもたらすので、蒸発器１８での放熱量増加と暖房用熱交換器２４での放熱量増加とが相俟って、ホットガス暖房時の暖房性能を効率よく向上できる。従って、低外気温時においても車室内を急速に暖房できる。
【００７０】図７、図８のモリエル線図は比較例（特開平１１−４２９３４号公報と同等のもの）であり、図７はアキュームレータ１９の出口と圧縮機１０の吸入側との間の低圧冷媒配管（吸入配管）を電気ヒータにより加熱する場合であって、図７のモリエル線図Ｃは電気ヒータに通電しない場合であり、これに対し、図７のモリエル線図Ｄは電気ヒータに通電した場合である。
【００７１】図７のモリエル線図Ｃにおいて、圧縮機吸入冷媒（飽和ガス）を電気ヒータにより加熱すると、圧縮機吸入ガス冷媒が過熱度を持つようになるので、ホットガスヒータサイクルＨは図７のモリエル線図Ｄの状態に移行し、蒸発器１８での放熱量が増加する。
【００７２】しかし、上記のように圧縮機吸入ガス冷媒を電気ヒータにより加熱する構成では、圧縮機吸入ガス冷媒の過熱度が増加するのみで、液冷媒を蒸発させることができないので、圧縮機吸入圧がほとんど上昇しない。そのため、電気ヒータによる吸入ガス冷媒の加熱分が蒸発器１８での放熱量増加に貢献するだけであり、圧縮機吸入圧の上昇→重量流量の増加→圧縮仕事量の増加による放熱量増加を期待できない。
【００７３】また、図８は暖房用減圧装置２１ａと蒸発器１８の入口との間の低圧冷媒配管を電気ヒータにより加熱する場合であって、この場合は暖房用減圧装置２１ａにて減圧後の過熱ガス冷媒を電気ヒータにより加熱するので、やはり、ガス冷媒の過熱度が増加するのみで、液冷媒を蒸発させることができない。従って、図８の場合も図７の場合と同様に電気ヒータによるガス冷媒の加熱分が蒸発器１８での放熱量増加に貢献するだけで、圧縮仕事量の増加による放熱量増加を期待できない。
【００７４】また、図８の場合は暖房用減圧装置２１ａにて減圧後の過熱ガス冷媒をさらに電気ヒータで加熱するので、この電気ヒータ加熱後のガス冷媒温度は外気温よりも数十℃高い温度となり、外部への熱損失が増大するという不具合も生じる。
【００７５】次に、実験データに基づいて第１実施形態の暖房性能向上の効果を具体的に説明すると、発熱容量：１２０Ｗの電気ヒータ４０を図２のようにアキュームレータ１９の外周面下部に装着して、電気ヒータ４０の表面温度を１５０℃に制御してアキュームレータ１９内の液冷媒を加熱した結果、図９に示す蒸発器放熱量の増加効果が得られた。
【００７６】ホットガスヒータサイクルＨのみによる暖房に対して、ホットガスヒータサイクルＨの作動と電気ヒータ４０によるアキュームレータ液冷媒の加熱とを組み合わせた場合は、−３０℃〜０℃の外気温の変化範囲に対して、蒸発器放熱量を１００Ｗ〜３４０Ｗ増加できることが判明した。
【００７７】つまり、外気温が−２５℃以下となるような極端な低外気温時を除いては、アキュームレータ液冷媒を加熱し、蒸発させることにより圧縮仕事量を増加させて、蒸発器放熱量の増加分を電気ヒータ加熱量（１２０Ｗ）よりも大きくでき、蒸発器放熱量を効率よく増加できる。
【００７８】なお、図９は、実験室内でのベンチ試験の評価結果であり、圧縮機駆動動力および発電機駆動動力の増加によるエンジン水温上昇に基づく温水暖房性能の向上効果を考慮していない。このベンチ試験から実車での効果を推定すると、圧縮機駆動動力および発電機駆動動力の増加によるエンジン水温の上昇効果によって、外気温＝−２０℃の条件にて車室内への放熱量を電気ヒータ加熱量（１２０Ｗ）の３倍に当たる３６０Ｗ程度増加できる。
【００７９】図１０は前述の図７の比較例による蒸発器放熱量の増加効果を示しており、この場合は、電気ヒータ加熱量が同じ（１２０Ｗ）であっても、−３０℃〜０℃の外気温の変化範囲に対して、蒸発器放熱量を８０Ｗ〜１３０Ｗしか増加できない。
【００８０】次に、図１１は第１実施形態による暖房性能向上効果の内訳を要因別に示しており、図１１の左側の縦軸は車室温度の上昇分を示し、右側の縦軸はホットガス暖房モードによる暖房性能の向上分を示している。図１１の中央の棒グラフは第１実施形態において電気ヒータ加熱量を１２０Ｗにした場合であり、図１１左側の棒グラフ（ホットガスヒータサイクルＨの作動のみの場合）に比して暖房性能を合計で０．３７ＫＷ向上できる。この暖房性能の向上によって小型乗用車クラスの車室内温度を約＋２℃上昇させることができる。図１１の右側の棒グラフは第１実施形態において電気ヒータ加熱量を１５０Ｗに増加した場合を示す。
【００８１】（第２実施形態）第１実施形態では、アキュームレータ１９内の液冷媒を加熱する加熱手段として電気ヒータ４０を用いているが、第２実施形態では図１２に示すように、電気ヒータ４０の代わりにエンジン温水が循環する温水配管５０をアキュームレータ１９の下部に設けて、温水を熱源としてアキュームレータ１９内の液冷媒を加熱するようにしている。
【００８２】具体的には、暖房用熱交換器２４の温水回路に三方弁タイプの電磁弁５１、５２を追加して、この電磁弁５１、５２に温水配管５０を接続し、通常時は電磁弁５１、５２により温水配管５０を暖房用熱交換器２４の温水回路から遮断しておく。
【００８３】そして、図５のステップＳ５０およびステップＳ６０の判定がＹＥＳとなるような条件（エンジン水温および圧縮機吐出圧がともに低いとき）になると、電磁弁５１、５２を切り替えて、温水配管５０の温水通路を開く。これにより、暖房用熱交換器２４通過後の温水が温水配管５０に循環して、温水を熱源としてアキュームレータ１９内の液冷媒を加熱できる。
【００８４】なお、第２実施形態の冷凍サイクルでは、冷房用減圧装置１６をキャピラリチューブ等の固定絞りで構成して、図１の受液器１５を廃止している。
【００８５】（他の実施形態）なお、電気ヒータ４０の通電制御は図５の例に限定されることなく、種々変形できる。図５の例ではステップＳ６０にて圧縮機１０の吐出圧Ｐｄが所定値（例えば、１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ）以下であるか判定しているが、図１３の例ではステップＳ６０を廃止し、その代わりに、ステップＳ１４０を設けている。このステップＳ１４０では、外気温の判定値としてステップＳ２０の第１所定値（例えば、１０℃）よりも更に低い第２所定値（例えば、−１０℃）を設定し、外気温が第２所定値より高いときは電気ヒータ４０の通電を遮断し、そして、外気温が第２所定値以下の低温域のときのみ電気ヒータ４０に通電する。つまり、図１３の例では、外気温≦−１０℃で、かつ、エンジン水温≦５０℃である時に電気ヒータ４０に通電する。図１３の他の点は図５と同じである。
【００８６】図１４は別の例であり、図１３におけるステップＳ５０を廃止し、その代わりに、図５のステップＳ６０（吐出圧の判定ステップ）を設けている。従って、図１４では、外気温≦−１０℃で、かつ、吐出圧Ｐｄ≦１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇである時に電気ヒータ４０に通電する。図１４の他の点は図１３と同じである。
【００８７】図１５は更に別の例であり、図１３、図１４におけるステップＳ５０、あるいはステップＳ６０を廃止し、その代わり、ステップＳ１５０を設けている。このステップＳ１５０では、温度センサ２７ｃにより検出される蒸発器吹出温度Ｔｅが所定値（例えば、１０℃）以下であるか判定している。このステップＳ１５０は蒸発器１８での放熱性能が低い状態であることを判定する。
【００８８】図１５の例では、外気温≦−１０℃で、かつ、蒸発器吹出温度Ｔｅ≦１０℃である時に電気ヒータ４０に通電する。
【００８９】図１６は更に別の例であり、図５のステップＳ６０（吐出圧の判定ステップ）を廃止して、エンジン水温≦５０℃である時に電気ヒータ４０に通電する。図１６の他の点は図５と同じである。
【００９０】図１７は更に別の例であり、図１５のステップＳ１５０（蒸発器吹出温度Ｔｅの判定ステップ）を廃止し、その代わりに、ステップＳ１６０を設けている。このステップＳ１６では、内気温センサ２７ｅにより検出される内気温、すなわち、車室内温度Ｔｒが所定値（例えば、１５℃）以下であるか判定している。このステップＳ１６０は車室内温度Ｔｒが低くて、車室内が暖房不足である状態を判定する。
【００９１】図１７の例では、外気温≦−１０℃で、かつ、車室内温度Ｔｒ≦１５℃である時に電気ヒータ４０に通電する。図１７の他の点は図１５と同じである。
【００９２】また、第１実施形態では、電気ヒータ４０として自己温度制御機能を持たないタイプの電気抵抗体を用いているから、電気ヒータ４０の表面温度を温度センサ４６により検出し、この温度センサ４６の検出温度に基づいて電気ヒータ４０の通電を断続し、これにより、電気ヒータ４０の表面温度を所定温度（例えば１５０℃）に制御しているが、電気ヒータ４０を、所定の設定温度にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する電気発熱体（ＰＴＣヒータ）により構成する場合は、この電気発熱体（ＰＴＣヒータ）が自己温度制御機能を発揮するので、温度センサ４６が不要となり、これに伴って、ステップＳ７０の判定も不要となる。
【００９３】また、電気ヒータ４０をアキュームレータ１９の外周面だけでなく、アキュームレータ１９の底面部にも設けるようにしてもよい。また、電気ヒータ４０をアキュームレータ１９の底面部だけに設けるようにしてもよい。図１２の温水配管５２のアキュームレータ１９に対する設置場所も電気ヒータ４０と同様に変更できる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地
【出願日】 平成１３年１１月１２日（２００１．１１．１２）
【代理人】 【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外２名）
【公開番号】 特開２００３−１４６０５７（Ｐ２００３−１４６０５７Ａ）
【公開日】 平成１５年５月２１日（２００３．５．２１）
【出願番号】 特願２００１−３４６１９７（Ｐ２００１−３４６１９７）