JP2012250639A - 車両の空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプによる車室の暖房を行いつつ同暖房に車両の熱源からの廃熱を利用する際、それによる車室の効果的な暖房を実現しながら的確に消費電力を抑える。
【解決手段】車室５の暖房時、その暖房を行うための蒸気圧縮式のヒートポンプ６のコンプレッサ７、及び熱源１からの廃熱を暖房に利用すべく冷却水を循環させる水循環回路３のウォータポンプ２を駆動するための電力の合計値が、要求暖房能力を満たせる値となるように、且つ基準値以下となるように、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される。これにより、ヒートポンプ６による車室５の暖房を行いつつ、水循環回路３の冷却水を用いて上記暖房に熱源１からの廃熱を利用する際、要求暖房能力を満たすことの可能な効果的な車室５の暖房を行いながら、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力を上記基準値以下の小さい値に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の空調装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などの熱源の少ない車両では、その熱源からの廃熱を利用して車室の暖房を行う空調装置を設けたとしても、同装置によって暖房要求に見合った車両の暖房を実現することはできない可能性がある。このため、車両の空調装置に蒸気圧縮式のヒートポンプを設け、そのヒートポンプを用いて車室の暖房を行うことが考えられる。

詳しくは、上記ヒートポンプは、熱媒体を圧縮して吐出するコンプレッサと、同コンプレッサにより圧縮されて昇温した熱媒体からの放熱を行う高圧側熱交換器と、同高圧側熱交換器での放熱後の熱媒体を膨張させる膨張弁と、同膨張弁にて膨張して温度低下した熱媒体への吸熱を行う低圧側熱交換器とを備えている。こうしたヒートポンプでは、コンプレッサの駆動により熱媒体が高圧側熱交換器、膨張弁、及び低圧側熱交換器といった機器を順に通過し、それによって熱媒体の循環が行われる。そして、ヒートポンプによる車室の暖房は、上記高圧側熱交換器を通過する高温の熱媒体の熱を車室に送られる空気に付与することによって実現される。

ところで、上記ヒートポンプによる車室の暖房を効果的に行うためには、車両の熱源からの廃熱を可能な限り車室の暖房に利用することが好ましい。ここで、車両には熱源を冷却するための冷却水をウォータポンプの駆動を通じて循環させる水循環回路が設けられており、その冷却水が熱源との間で熱交換されることにより同熱源からの廃熱の冷却水による回収が行われる。このため、特許文献１に示すように、水循環回路における冷却水の熱をヒートポンプの低圧側熱交換器を通過する熱媒体に付与することにより、上記熱源からの廃熱を車室の暖房に利用することができる。

これは、ヒートポンプにおいては、低圧側熱交換器を通過する熱媒体が上記冷却水からの熱を受けて温度上昇すると、その熱媒体がコンプレッサにより圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器を通過する際の同熱媒体の温度も上昇するためである。そして、上述したように高圧側熱交換器を通過する熱媒体の温度を上昇させると、同熱媒体の熱を車室に送られる空気に付与することによる車室の暖房が効果的に行われる。

特開平６−１７１３４６公報（段落［００１７］、［００１９］、［００２２］、図１、図５）

上述したヒートポンプによる車室の暖房を行う際にはコンプレッサを駆動するための電力が必要になり、車両の熱源からの廃熱を上記暖房に利用する際には水循環回路のウォータポンプを駆動するための電力が必要になる。このため、車室の効果的な暖房を実現するために必要な電力は、コンプレッサでの消費電力とウォータポンプでの消費電力との合計値になる。このように車室の効果的な暖房を実現するためにコンプレッサだけでなくウォータポンプでも電力が消費されるため、それらコンプレッサ及びウォータポンプの駆動の仕方によっては、上記消費電力の合計値が上記暖房をヒートポンプだけで実現した場合のコンプレッサでの消費電力よりも大きくなるおそれがある。従って、ヒートポンプによる車室の暖房を行いつつ同暖房に車両の熱源からの廃熱を利用する際、そうした暖房を行うためのコンプレッサ及びウォータポンプの駆動をそれらの消費電力の合計値を抑制しつつ行う面で更なる改善の余地があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ヒートポンプによる車室の暖房を行いつつ同暖房に車両の熱源からの廃熱を利用する際、それによる車室の効果的な暖房を実現しながら的確に消費電力を抑えることができる車両の空調装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、ウォータポンプの駆動を通じて水循環回路を冷却水が循環することにより、車両の熱源が上記冷却水によって冷却されるとともに同熱源からの廃熱が同冷却水によって回収される。車室の暖房時には、ウォータポンプの駆動を通じて車両の熱源からの廃熱を回収した冷却水の熱がヒートポンプの低圧側熱交換器を通過する熱媒体に付与されるとともに、コンプレッサの駆動を通じてヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱が車室に送られる空気に付与される。ヒートポンプの低圧側熱交換器を通過する熱媒体が上記冷却水からの熱を受けて温度上昇すると、その熱媒体がコンプレッサにより圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器を通過する際の同熱媒体の温度も上昇する。このように高圧側熱交換器を通過する熱媒体の温度を上昇させることで、同熱媒体の熱を車室に送られる空気に付与することによる車室の暖房が効果的に行われる。

ここで、上記効果的な暖房を実現するためにはウォータポンプ及びコンプレッサの駆動が必要になる。このことから、上記暖房を実現するためのウォータポンプ及びコンプレッサの駆動に必要な電力は、コンプレッサでの消費電力とウォータポンプでの消費電力との合計値になる。請求項１記載の発明では、上記消費電力の合計値が車室の暖房要求を満たせる値となるように、且つ同合計値が基準値以下となるように、制御手段によってウォータポンプ及びコンプレッサが駆動される。こうした制御手段によるウォータポンプ及びコンプレッサの駆動により、ヒートポンプによる車室の暖房を行いつつ同暖房に車両の熱源からの廃熱を利用する際、上記暖房要求を満たすことの可能な効果的な車室の暖房を行いながら、それらウォータポンプ及びコンプレッサの消費電力を上記基準値以下の小さい値に抑えることができる。

なお、車室の暖房時における制御手段でのウォータポンプ及びコンプレッサの駆動については、請求項２記載の発明のように、ウォータポンプを駆動するための電力とコンプレッサを駆動するための電力との合計値が、車室の暖房要求を満たし得る最小値となるように行うことが好ましい。これにより、暖房要求を満たすための車室の暖房を行うに当たり、その暖房を実現するためのウォータポンプ及びコンプレッサの消費電力の合計値を最小に抑えることができる。

請求項３記載の発明によれば、車室の暖房時に制御手段によってウォータポンプ及びコンプレッサを駆動する際、その駆動が水循環回路の冷却水の温度及び車室内の空気の温度を加味して行われる。ここで、暖房要求を満たす車室の暖房を実現するためのウォータポンプ及びコンプレッサの消費電力の合計値は、水循環回路の冷却水の温度や車室内の空気の温度によって変わる。請求項３記載の発明では、水循環回路の冷却水の温度及び車室内の空気の温度を加味してウォータポンプ及びコンプレッサが駆動されるため、それらの温度に基づいて上記消費電力の合計値が変わるとしても、それに合わせて同合計値が小さく抑えられるようウォータポンプ及びコンプレッサを駆動することが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、車両の走行時に車室を暖房する際、ウォータポンプの駆動を通じて水循環回路を循環する冷却水の熱がラジエータにて外気に放出されると、その冷却水からの熱を受けて昇温した外気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流れて同熱交換器内の熱媒体と熱交換される。これにより、水循環回路の冷却水の熱が外気を介してヒートポンプの低圧側熱交換器を通過する熱媒体に付与される。ここで、暖房要求を満たすための車室の上記暖房を実現するためのウォータポンプ及びコンプレッサの消費電力の合計値は、ラジエータにて冷却水からの熱を受ける前の上記外気の温度、及び車両の走行時にラジエータから低圧側熱交換器に流れる外気の流量によって変わる。請求項４記載の発明では、上記外気の温度及び流量を加味してウォータポンプ及びコンプレッサが駆動されるため、それら外気の温度及び流量に応じて上記消費電力の合計値が変わるとしても、それに合わせて同合計値が小さく抑えられるようウォータポンプ及びコンプレッサを駆動することが可能になる。

なお、車室の暖房時における制御手段でのウォータポンプ及びコンプレッサの駆動については、車室の暖房要求に基づきウォータポンプの駆動指令値及びコンプレッサの駆動指令値を求め、それら求められた駆動指令値に基づいて行うことが考えられる。より具体的には、請求項５記載の発明のように、ウォータポンプの駆動指令値及びコンプレッサの駆動指令値を求めるためのマップとして、水循環回路の冷却水の温度、車室内の空気の温度、ラジエータで冷却水からの熱を受ける前の外気の温度、及び車両の走行時にラジエータから低圧側熱交換器に流れる外気の流量といった各種のパラメータの値に応じて複数のマップを設定しておき、それらマップのうちから上記各種のパラメータの現在値に対応したマップを選択する。そして、選択したマップを参照して車室の暖房要求に基づきウォータポンプの駆動指令値及び前記コンプレッサの駆動指令値を求め、それら求められた駆動指令値に基づいてウォータポンプ及びコンップレッサを駆動する。

本実施形態における空調装置の構成を示す概略図。 同空調装置の電気的構成を示すブロック図。 同空調装置におけるウォータポンプ及びコンプレッサの駆動指令値を求めるためのマップ。 車室を暖房するためのウォータポンプ及びコンプレッサの駆動手順を示すフローチャート。

以下、本発明を電気自動車の空調装置に具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
電気自動車には、図１に示すように、モータ、インバータ、及び充電器など電気自動車の熱源１を冷却するための冷却水をウォータポンプ２の駆動を通じて循環させる水循環回路３が設けられている。そして、水循環回路３内の冷却水が熱源１との間で熱交換されることにより、その熱源１が上記冷却水によって冷却されるとともに同熱源１からの廃熱が上記冷却水によって回収される。このように熱源１からの廃熱を回収した冷却水は温度上昇するため、同冷却水の過度な温度上昇を抑制すべく水循環回路３には冷却水の熱を外気に放出するラジエータ４が設けられている。

電気自動車には、車室５の冷房や暖房といった空調を行うための空調装置が設けられている。ただし、電気自動車のような熱源１で生じる熱が少ない車両では、その熱源１からの廃熱を利用した車室５の暖房では暖房要求を満たせない可能性がある。このため、電気自動車の空調装置は、車室５の暖房を行うための装置として、蒸気圧縮式のヒートポンプ６を備えている。

このヒートポンプ６には熱媒体を圧縮して吐出する電動式のコンプレッサ７が設けられている。そして、このコンプレッサ７の駆動を通じて、上記熱媒体がヒートポンプ６内を循環する。また、ヒートポンプ６は、コンプレッサ７により圧縮されて昇温した熱媒体からの放熱を行う高圧側熱交換器８と、同高圧側熱交換器８での放熱後の熱媒体を膨張させる膨張弁９と、同膨張弁９にて膨張して温度低下した熱媒体への吸熱を行う低圧側熱交換器１０とを備えている。ヒートポンプ６における低圧側熱交換器１０の下流であって且つコンプレッサ７の上流には、上記低圧側熱交換器１０を通過した熱媒体を気体と液体とに分離するアキュムレータ１１が設けられている。

こうしたヒートポンプ６では、コンプレッサ７の駆動を通じて、熱媒体がコンプレッサ７、高圧側熱交換器８、膨張弁９、低圧側熱交換器１０、及びアキュムレータ１１といった機器を順に通過する。そして、空調装置は、ヒートポンプ６の上記高圧側熱交換器８を通過する高温の熱媒体の熱を利用して車室５の暖房を行う。同車室５の暖房は、具体的には、ヒートポンプ６の上記高圧側熱交換器８を通過する熱媒体の熱を、空調ファン１３の駆動を通じて車室５に送られる空気に付与することで実現される。

また、電気自動車の空調装置では、上記ヒートポンプ６による車室５の暖房を効果的に行うことを意図して、水循環回路３における冷却水の熱をヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に付与することが行われる。ヒートポンプ６においては、低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体が上記冷却水からの熱を受けて温度上昇すると、その熱媒体がコンプレッサ７により圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器８を通過する際の同熱媒体の温度も上昇する。このように高圧側熱交換器８を通過する熱媒体の温度を上昇させると、同熱媒体の熱を車室５に送られる空気に付与することによる車室５の暖房が効果的に行われる。

また、水循環回路３における冷却水の熱をヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に付与する構造としては、水循環回路３のラジエータ４をヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０における車両前側（図中左側）に設けるという構造が用いられている。この場合、電気自動車の走行時、ウォータポンプ２の駆動を通じて水循環回路３を循環する冷却水の熱がラジエータ４にて外気に放出されると、その冷却水からの熱を受けて昇温した外気がヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０周りに流れて同熱交換器１０内の熱媒体と熱交換される。これにより、水循環回路３の冷却水の熱が外気を介してヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に付与される。なお、ラジエータ４及び低圧側熱交換器１０の近傍には、ラジエータ４から低圧側熱交換器１０に向けての外気の流れを生じさせる電動ファン１２が設けられている。

次に、空調装置の電気的構成について図２を参照して説明する。
空調装置には、同装置の各種機器を駆動制御するための電子制御装置２１が設けられている。この電子制御装置２１は、上記各種機器の駆動制御に係る演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。

電子制御装置２１の入力ポートには、以下に示すセンサ及びスイッチ等からの信号が入力される。
・車室５内の空気の温度（室温Ｔｒ）を検出する室温センサ２２。

・車室５での日射量を検出する日射量センサ２３。
・車室５外の空気、すなわち車両の外部の空気の温度（外気温Ｔｏ）を検出する外気温センサ２４。

・車室５の温度を調整するために電気自動車の乗員により操作される室温設定スイッチ２５。
・車室５内に空調のために送られる空気として外気を利用する外気導入モードと、同空気として車室５内の空気を利用する内気循環モードとを切り換えるべく、電気自動車の乗員により操作される内外気切換スイッチ２６。

・水循環回路３内の冷却水の温度（冷却水温Ｔｗｅｖ）を検出する水温センサ２７。
・電気自動車の車速Ｖを検出する車速センサ２８。
電子制御装置２１の出力ポートには、ウォータポンプ２の駆動回路、コンプレッサ７の駆動回路、電動ファン１２の駆動回路、及び空調ファン１３の駆動回路等が接続されている。

電子制御装置２１は、室温センサ２２により検出される室温Ｔｒ、日射量センサ２３により検出される日射量、外気温センサ２４により検出される外気温Ｔｏ、及び、室温設定スイッチ２５により設定される車室５内の設定温度などに基づき、空調のために車室５内に送られる空気の温度の目標値である目標吹き出し温ＴＡＯを求める。更に、電子制御装置２１は、上記求めた目標吹き出し温ＴＡＯに基づいて空調のために車室５内に送られる空気の流量である目標吹き出し量Ｖａを求める。そして、電子制御装置２１は、上記求めた目標吹き出し量Ｖａに対応した流量の空気が車室５に送られるよう空調ファン１３を駆動する。

また、電子制御装置２１は、車室５の暖房要求に相当する要求暖房能力Ｑｈを求める。この要求暖房能力Ｑｈは、空調装置による車室５に対する単位時間当たりの熱移動量の要求値を表しており、目標吹き出し量Ｖａ、空気の比熱Ｃｐａ、空気の密度ρａ、目標吹き出し温ＴＡＯ、及び外気温Ｔｏに基づき、以下に示す式（１）を用いて求められる。なお、この式（１）で用いられる空気の比熱Ｃｐａ及び密度ρａは空気の比熱及び密度の標準的な値（固定値）であり、外気温Ｔｏはラジエータ４で冷却水からの熱を受けていない外気の温度である。

Ｑｈ＝Ｖａ・Ｃｐａ・ρａ・（ＴＡＯ−Ｔｏ） …（１）
Ｑｈ ：要求暖房能力
Ｖａ ：目標吹き出し量
Ｃｐａ：空気の比熱
ρａ ：空気の密度
ＴＡＯ：目標吹き出し温
Ｔｏ ：外気温
ここで、車室５の暖房要求（要求暖房能力Ｑｈ）を満たすべく行われる車室５の暖房について、図１を参照して詳しく説明する。

車室５の暖房時には、コンプレッサ７の駆動を通じてヒートポンプ６の高圧側熱交換器８を通過する熱媒体の温度が上昇される。そして、高圧側熱交換器８を通過する上記熱媒体の熱が、空調ファン１３の駆動を通じて車室５に送られる空気に付与されることで車室５の暖房が行われる。また、車室５の暖房時には、ウォータポンプ２の駆動を通じて熱源１からの廃熱を回収した冷却水の熱がヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に付与される。詳しくは、水循環回路３を循環する冷却水の熱がラジエータ４にて外気に放出されると、その冷却水からの熱を受けて昇温した外気が電気自動車の走行や電動ファン１２の駆動を通じて例えば風量Ｖｂでヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０に向けて流れる。そして、上記昇温した外気が低圧側熱交換器１０内の熱媒体と熱交換されることにより、水循環回路３の冷却水の熱が外気を介してヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に付与される。ヒートポンプ６においては、低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体が上記冷却水からの熱を受けて温度上昇すると、上述したように高圧側熱交換器８を通過する際の同熱媒体の温度も上昇する。その結果、高圧側熱交換器８を通過する熱媒体の熱を車室５に送られる空気に付与することによって実現される同車室５の暖房が効果的なものとなる。

ところで、上述した車室５の効果的な暖房を実現するためにはウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動が必要になることから、上記暖房に必要な電力はウォータポンプ２での消費電力Ｌｗｐとコンプレッサ７での消費電力Ｌｈｐとの合計値である合計電力Ｌｔになる。この実施形態では、車室５の暖房時、上記合計電力Ｌｔが車室の暖房要求（要求暖房能力Ｑｈ）を満たせる値となるように、且つ上記合計電力Ｌｔが基準値以下となるように、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される。こうしたウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動により、ヒートポンプ６による車室５の暖房を行いつつ同暖房に熱源１からの廃熱を利用する際、上記暖房要求を満たすことの可能な効果的な車室５の暖房を行いながら、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力を上記基準値以下の小さい値に抑えることができる。

次に、車室５の暖房時におけるウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動の仕方について詳しく説明する。
ウォータポンプ２の駆動は駆動指令値ｔＬｗｐに基づいて行われ、コンプレッサ７の駆動は駆動指令値ｔＬｈｐに基づいて行われる。これら駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐは、式（１）を用いて求められた要求暖房能力Ｑｈに基づき、例えば図３に示すマップを参照して求められる。同マップにおいては、横軸がウォータポンプ２を駆動するための電力とされるとともに、縦軸がコンプレッサ７を駆動するための電力とされており、所定の要求暖房能力Ｑｈを満たし得るウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との組み合わせが実線で示されている。こうした駆動電力の組み合わせを示す実線のうち原点に近いものほど、要求暖房能力Ｑｈが小さい値であるときの上記駆動電力の組み合わせを示している。また、合計電力Ｌｔを一定とした条件下でのウォータポンプ２の消費電力Ｌｗｐとコンプレッサ７の消費電力Ｌｈｐとの組み合わせを図３に二点鎖線で示すと、そのときの合計電力Ｌｔが小さい値になるほど上記組み合わせを示す二点鎖線が原点に近いものとなる。

ここで、現在の要求暖房能力Ｑｈが例えば「Ｑｈ１」であるとすると、その「Ｑｈ１」に相当する実線上の任意の点で示されるウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との組み合わせで、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動すれば、上記要求暖房能力Ｑｈ（Ｑｈ１）を満たすことが可能にはなる。ただし、本実施形態では、要求暖房能力Ｑｈを満たす際のウォータポンプ２の消費電力Ｌｗｐとコンプレッサ７の消費電力Ｌｈｐとの合計電力Ｌｔが基準値未満となるようにされる。なお、この基準値は、要求暖房能力Ｑｈを満たすことの可能な合計電力Ｌｔの最小値Ｌｔｍｉｎに対し所定値ａ分だけ大きい値となるよう、上記要求暖房能力Ｑｈに基づいて可変設定される。ちなみに、要求暖房能力Ｑｈが上述したように「Ｑｈ１」である場合、基準値は図３の「Ｌｔ１」とされる。この「Ｌｔ１」は、同図から分かるように、最小値Ｌｔｍｉｎに所定値ａを加算した値となる。

そして、図３における「Ｑｈ１」に相当する実線上であって、「Ｑｈ１」と「Ｌｔ１」との交点Ｐ１，Ｐ２間に位置する任意の点で示されるウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との組み合わせで、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される。詳しくは、上記任意の点でのウォータポンプ２の駆動電力が同ウォータポンプ２の駆動指令値ｔＬｗｐとされるとともに、上記任意の点でのコンプレッサ７の駆動電力が同コンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｈｐとされる。そして、ウォータポンプ２の駆動指令値ｔＬｗｐに基づき同駆動指令値ｔＬｗｐに対応する駆動電力でウォータポンプ２が駆動されるとともに、コンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｈｐに基づき同駆動指令値ｔＬｈｐに対応する目標回転速度Ｎｅとなるようコンプレッサ７が駆動される。このようにウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動することで、暖房要求を満たすことの可能な効果的な車室５の暖房を行いながら、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力Ｌｗｐ，Ｌｈｐの合計値である合計電力Ｌｔを小さい値に抑えることができる。

なお、基準値を設定するための上記所定値ａは、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７での消費電力抑制を考慮しつつ「０」よりも大きい値とすることが考えられるが、必ずしも「０」より大きい値とする必要はなく「０」とすることも可能である。このように所定値ａを「０」とした場合、「Ｌｔ１」が最小値Ｌｔｍｉｎと重なって同最小値Ｌｔｍｉｎ（＝Ｌｔ１）が基準値とされる。このため、図３の例では「Ｑｈ１」に相当する実線上であって、「Ｑｈ１」と最小値Ｌｔｍｉｎとの交点Ｐ３で示されるウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との組み合わせで、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される。このようにウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動することで、暖房要求を満たすための車室５の暖房を行うに当たり、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力Ｌｗｐ，Ｌｈｐの合計値である合計電力Ｌｔを最小に抑えることができる。

ちなみに、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求めるためのマップとしては、図３に示すマップだけでなく、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの値に応じて設定された複数のマップが用意されている。そして、このように設定された複数のマップのうちから上記各種のパラメータの現在値に対応したマップが選択され、その選択されたマップを参照して車室５の暖房要求（要求暖房能力Ｑｈ）に基づきウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐが求められる。ウォータポンプ２及びコンプレッサ７は、上述したように求められる駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐに基づいて駆動される。

従って、車室５を暖房すべくウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される際には、その駆動が冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの値を加味して行われるようになる。ここで、暖房要求（要求暖房能力Ｑｈ）を満たす車室５の暖房を実現するためのウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力Ｌｗｐ，Ｌｈｐの合計値である合計電力Ｌｔは、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ（内気循環モード時のみ）、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータによって変わる。しかし、こうした各種のパラメータの値を加味してウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動することで、それらパラメータに基づいて上記合計電力Ｌｔが変わるとしても、それに合わせて同合計電力Ｌｔが小さく抑えられるようウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動することが可能になる。

次に、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求めるための上記複数のマップの設定の仕方について説明する。
冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂを一定とした条件のもと、ウォータポンプ２を所定の駆動電力で駆動したときのラジエータ４の後方（低圧側熱交換器１０側）の空気の温度が、次の式（２）を用いてラジエータ後方空気温Ｔｅｖｂとして算出される。

Ｔｅｖｂ＝（ｃｍｍｉｎ／ｃｍｃ）・φｅｖ・（Ｔｗｅｖ−Ｔｏ）＋Ｔｏ …（２）
Ｔｅｖｂ ：ラジエータ後方空気温
ｃｍｍｉｎ：水当量
ｃｍｃ ：水当量
φｅｖ ：熱交換効率
Ｔｗｅｖ ：冷却水温
Ｔｏ ：外気温
なお、式（２）において、水当量ｃｍｍｉｎはラジエータ４周りを通過する外気の水当量とラジエータ４内を通過する冷却水の水当量とのうちの小さい方を表しており、水当量ｃｍｃはラジエータ４周りを通過する外気の水当量を表している。また、熱交換効率φｅｖは、ラジエータ４周りを通過する外気とラジエータ４内を通過する冷却水との熱交換効率を表しており、上記外気の流量（風量Ｖｂ）及び上記冷却水の流量に応じて可変設定される。ちなみに、上記風量Ｖｂは車速Ｖ及び電動ファン１２の駆動指令値に基づき求めることが可能であり、上記冷却水の流量はウォータポンプ２の駆動電力（駆動指令値ｔＬｗｐ）に基づいて求めることが可能である。

続いて、上記式（２）を用いて算出されたラジエータ後方空気温Ｔｅｖｂで、所定の要求暖房能力Ｑｈを満たすことの可能なコンプレッサ７の駆動電力が求められる。これにより、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂを一定とした条件下で、上記所定の要求暖房能力Ｑｈを満たすためのウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との組み合わせが得られる。そして、要求暖房能力Ｑｈを固定した状態で、ウォータポンプ２の駆動電力を変化させてゆき、その変化毎にコンプレッサ７の駆動電力を求めることで、上記要求暖房能力Ｑｈを満たすためのウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との組み合わせが複数得られるようになる。

そして、上述したように得られるウォータポンプ２の駆動電力とコンプレッサ７の駆動電力との複数の組み合わせを、横軸がウォータポンプ２の駆動電力であり且つ縦軸がコンプレッサ７の駆動電力となるマップ上にプロットしてゆくことで、同マップ上に上記要求暖房能力Ｑｈに対応した一つの実線が描かれる。そして、要求暖房能力Ｑｈを適宜変更して上記と同様の手順を繰り返すことにより、変更した要求暖房能力Ｑｈ毎に対応する実線が上記マップ上に描かれる。更に、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの値をそれぞれ適宜変更した状態で、以上の手順を繰り返すことにより上記各種のパラメータの値に応じた複数のマップが作成される。

このように作成（設定）された複数のマップは、電子制御装置２１のＲＯＭに記憶される。ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求める際には、電子制御装置２１のＲＯＭに記憶された複数のマップのうち、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの現在値に対応したマップが選択される。そして、このように選択されたマップを参照して、要求暖房能力Ｑｈに基づきウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐが求められる。

次に、車室５を暖房するためのウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動手順について、暖房ルーチンを示す図４のフローチャートを参照して説明する。この暖房ルーチンは、車室５の暖房要求があるときに電子制御装置２１を通じて所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、まず目標吹き出し温ＴＡＯ、室温Ｔｒ、及び外気温Ｔｏが取り込まれる（Ｓ１０１）。そして、外気温Ｔｏ、目標吹き出し温ＴＡＯ、及び、その目標吹き出し温ＴＡＯから求められる目標吹き出し量Ｖａに基づき、式（１）を用いて要求暖房能力Ｑｈが算出される（Ｓ１０２）。また、冷却水温Ｔｗｅｖ、及び車速Ｖの取り込みも行われる（Ｓ１０３）。こうして取り込まれた車速Ｖは、電動ファン１２の駆動指令値と併せて、ラジエータ４周りを通過する外気の流量である風量Ｖｂの算出に用いられる。

そして、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの現在値に基づき、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求めるためのマップの選択が行われる（Ｓ１０４）。詳しくは、電子制御装置２１のＲＯＭに記憶された複数のマップのうちから、上記各種のパラメータの現在値に対応したマップが選択される。こうして選択されたマップを参照して、現在の要求暖房能力Ｑｈに基づきウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐが求められる。具体的には、上記要求暖房能力Ｑｈを満たすことができ、且つ、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動するための合計電力Ｌｔが基準値（「Ｌｔｍｉｎ＋α」）以下となるように、より好ましくは合計電力Ｌｔが最小値Ｌｔｍｉｎとなるように、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐが求められる。

ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐが求められると、それら駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐに基づき、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される（Ｓ１０６）。すなわち、ウォータポンプ２は駆動指令値ｔＬｗｐに対応した駆動電力で駆動され、コンプレッサ７は駆動指令値ｔＬｈｐに対応した目標回転速度Ｎｅに基づいて駆動される。このようにウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動することで、車室５の暖房要求（要求暖房能力Ｑｈ）を満たしながら、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動するための合計電力Ｌｔを小さい値に抑えることが可能になる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）車室５の暖房時、水循環回路３のウォータポンプ２及びヒートポンプ６のコンプレッサ７を駆動するための合計電力Ｌｔが要求暖房能力Ｑｈを満たせる値となるように、且つ上記合計電力Ｌｔが基準値以下となるように、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される。これにより、ヒートポンプ６による車室５の暖房を行いつつ、水循環回路３の冷却水を用いて上記暖房に熱源１からの廃熱を利用する際、要求暖房能力Ｑｈを満たすことの可能な効果的な車室５の暖房を行いながら、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力を上記基準値以下の小さい値に抑えることができる。

なお、上記基準値は、要求暖房能力Ｑｈを満たすことの可能な合計電力Ｌｔの最小値Ｌｔｍｉｎに対し所定値ａ分だけ大きい値となるよう、上記要求暖房能力Ｑｈに基づいて可変設定される。ここで、上記基準値を設定するために用いられる所定値ａを「０」とすれば、要求暖房能力Ｑｈを満たすことの可能な合計電力Ｌｔの最小値Ｌｔｍｉｎが基準値とされるようになる。このように基準値を設定することで、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動を通じて要求暖房能力Ｑｈを満たすための車室５の暖房を行うに当たり、それらウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動するための合計電力Ｌｔを最小に抑えることができる。

（２）車室５を暖房すべくウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動される際には、その駆動が冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの値を加味して行われる。詳しくは、ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求めるためのマップとして、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂといった各種のパラメータの値に応じて設定された複数のマップが用意される。そして、このように設定された複数のマップのうちから上記各種のパラメータの現在値に対応したマップが選択され、その選択されたマップを参照して要求暖房能力Ｑｈに基づきウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐが求められる。こうして求められた駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐに基づきウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動されるため、その駆動を上述した各種のパラメータを加味して行うことが可能になる。

ここで、要求暖房能力Ｑｈを満たす車室５の暖房を実現するためのウォータポンプ２及びコンプレッサ７の消費電力Ｌｗｐ，Ｌｈｐの合計値である合計電力Ｌｔは、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂによって変わる。例えば、冷却水温Ｔｗｅｖ及び外気温Ｔｏが高くなるほど、また風量Ｖｂが多くなるほど、ラジエータ４を通過する冷却水から外気を介して低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に付与される熱が多くなることから、要求暖房能力Ｑｈを満たし得る合計電力Ｌｔが小さくなる傾向がある。また、内気循環モード時には室温Ｔｒが高くなるほど、空調のために車室５に送られる空気の温度が高くなることから、要求暖房能力Ｑｈを満たし得る合計電力Ｌｔが小さくなる傾向がある。このように上記各種のパラメータの値によって合計電力Ｌｔが変わるものの、それらパラメータの値を加味してウォータポンプ２及びコンプレッサ７が駆動されるため、上記各種のパラメータに基づく合計電力Ｌｔの変化に合わせて、同合計電力Ｌｔが小さく抑えられるようウォータポンプ２及びコンプレッサ７を駆動することが可能になる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ウォータポンプ２及びコンプレッサ７の駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐに関しては、マップを参照して求める代わりに、式（２）を利用して求めるようにすることも可能である。

・駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求める際に加味されるパラメータとして、冷却水温Ｔｗｅｖ、室温Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び風量Ｖｂを例示したが、これらパラメータのうちの一つもしくは複数のみを加味して駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求めるようにしてもよい。

・水循環回路３のラジエータ４をヒートポンプ６の低圧側熱交換器１０と接触させ、そのラジエータ４を通過する冷却水の熱が外気を介することなく低圧側熱交換器１０を通過する熱媒体に伝達されるようにしてもよい。この場合、駆動指令値ｔＬｗｐ，ｔＬｈｐを求めるためのマップを選択する際に用いられる各種のパラメータに、風量Ｖｂを含める必要はなくなる。

・ヒートポンプ６は、熱媒体の循環経路を切り換えるなどして、車室５の暖房のみならず同車室５の冷房にも用いられるものであってもよい。
・熱源の少ない車両のうち電気自動車以外の車両、例えば内燃機関とモータとを動力源とするハイブリッド自動車に本発明を適用してもよい。

１…熱源、２…ウォータポンプ、３…水循環回路、４…ラジエータ、５…車室、６…ヒートポンプ、７…コンプレッサ、８…高圧側熱交換器、９…膨張弁、１０…低圧側熱交換器、１１…アキュムレータ、１２…電動ファン、１３…空調ファン、２１…電子制御装置（制御手段）、２２…室温センサ、２３…日射量センサ、２４…外気温センサ、２５…室温設定スイッチ、２６…内外気切換スイッチ、２７…水温センサ、２８…車速センサ。

Claims (5)

1. コンプレッサの駆動に基づき熱媒体が高圧側熱交換器、膨張弁、及び低圧側熱交換を通過して循環するヒートポンプと、車両の熱源を冷却するための冷却水をウォータポンプの駆動を通じて循環させる水循環回路とを備え、車室の暖房時には、前記水循環回路を循環する冷却水の熱が前記ヒートポンプの低圧側熱交換器を通過する熱媒体に付与されるとともに、前記ヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱が前記車室に送られる空気に付与される車両の空調装置において、
   車室の暖房時、前記ウォータポンプを駆動するための電力と前記コンプレッサを駆動するための電力との合計値が車室の暖房要求を満たせる値となるように、且つ前記合計値が基準値以下となるように、前記ウォータポンプ及び前記コンプレッサを駆動する制御手段を備える
   ことを特徴とする車両の空調装置。
2. 前記制御手段は、車室の暖房時、前記ウォータポンプを駆動するための電力と前記コンプレッサを駆動するための電力との合計値が車室の暖房要求を満たし得る最小値となるよう、前記ウォータポンプ及び前記コンプレッサを駆動する
   請求項１記載の車両の空調装置。
3. 前記制御手段は、前記水循環回路の冷却水の温度、及び前記車室内の空気の温度を加味して、前記ウォータポンプ及び前記コンプレッサの駆動を行う
   請求項１記載の車両の空調装置。
4. 前記水循環回路は、そこを循環する冷却水の熱を外気に放出するラジエータを備えており、
   前記ラジエータは、前記ヒートポンプの低圧側熱交換器における車両前側に設けられており、
   前記制御手段は、前記ラジエータで冷却水からの熱を受ける前の外気の温度、及び車両の走行時に前記ラジエータから前記低圧側熱交換器に流れる外気の流量を加味して、前記ウォータポンプ及び前記コンプレッサの駆動を行う
   請求項３記載の車両の空調装置。
5. 前記制御手段は、前記ウォータポンプの駆動指令値及び前記コンプレッサの駆動指令値を求めるためのマップとして、前記水循環回路の冷却水の温度、前記車室内の空気の温度、前記ラジエータで冷却水からの熱を受ける前の外気の温度、及び、車両の走行時に前記ラジエータから前記低圧側熱交換器に流れる外気の流量といった各種のパラメータの値に応じて設定された複数のマップを有しており、それらマップのうちから前記パラメータの現在値に対応したマップを選択し、その選択したマップを参照して車室の暖房要求に基づき前記ウォータポンプの駆動指令値及び前記コンプレッサの駆動指令値を求め、それら求められた駆動指令値に基づいて前記ウォータポンプ及び前記コンプレッサを駆動する
   請求項４記載の車両の空調装置。

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