JP2014091447A - 車両用ヒートポンプ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コスト、消費電力、および騒音を抑制しつつ、電動圧縮機の差圧を解消する車両用ヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】車両用ヒートポンプ装置であって、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動部と、前記冷媒から温熱を吸収して輸送する第１冷却液と、前記電動圧縮機が吐出した高温高圧冷媒との間で熱交換を行う高温側水冷媒熱交換器と、前記第１冷却液を輸送するウォータポンプと、前記駆動部および前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記電動モータの停止を指示する信号を受信したとき、前記駆動部の駆動を停止させる制御を行った後、所定時間、前記ウォータポンプを駆動させる構成を採る。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両用ヒートポンプ装置に関する。
電気で走行する自動車では、空調装置の冷媒を圧縮する圧縮機として電動圧縮機が採用される。電動圧縮機は、圧縮機構を動かす電動モータと、電動モータを駆動する駆動回路（例えばインバータ回路）とを備える。
電動圧縮機は、冷媒の圧縮動作が継続すると、吸入側の冷媒は圧力の低い低圧部となり、吐出側の冷媒は圧力の高い高圧部となり、低圧部と高圧部との圧力差（以下、「差圧」という）が大きくなる。このような状態で自動車の電源をＯＦＦにしたり、エアコンを停止したりすると、電動圧縮機の駆動が停止する。ここで、電動圧縮機が停止してから十分な時間が経過し、再度駆動を開始（再起動）する場合には、低圧部と高圧部の差圧が解消されているため、不都合は生じない。
ところが、電動圧縮機が停止してから十分な時間をおかずに再起動する場合には、差圧が解消されていないため、電動圧縮機の駆動を開始するために必要なトルク（起動トルク）が大きくなってしまう。大きな起動トルクを得るためには、電動圧縮機の体格を大きくしたり、消費電力を増大させたりする必要がある。そこで、このような状況を回避するため、差圧を解消する技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。
特許文献１には、低圧部と高圧部との境界となる流量制御部を設け、流量制御部が備える開閉弁の切替制御によって、差圧を解消する技術が開示されている。また、特許文献２には、冷凍サイクルの稼動を停止する操作がされた後、差圧が所定値になるまで電動圧縮機の回転速度を漸減させ、差圧が所定値に達した場合に電動圧縮機を停止させる技術が開示されている。
特開平１１−９９８２５号公報 特開２００６−２０５９５９号公報
しかしながら、上述した特許文献１に開示の技術では、流量制御部という特殊な構造が必要となり、このような構造を実現するためにはコストが増加するという問題がある。また、特許文献２に開示の技術では、電動圧縮機の駆動停止を指示してからも電動圧縮機が駆動を継続することになり、消費電力が大きくなるという問題がある。また、特許文献２に開示の技術では、冷凍サイクルの稼動を停止する操作がされた後も電動圧縮機の回転を継続させるため、騒音が発生するという問題もある。
本発明の目的は、コスト、消費電力、および騒音を抑制しつつ、電動圧縮機の差圧を解消する車両用ヒートポンプ装置を提供することである。
本発明の車両用ヒートポンプ装置は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動部と、前記冷媒から温熱を吸収して輸送する第１冷却液と、前記電動圧縮機が吐出した高温高圧冷媒との間で熱交換を行う高温側水冷媒熱交換器と、前記第１冷却液を輸送するウォータポンプと、前記駆動部および前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記電動モータの停止を指示する信号を受信したとき、前記駆動部の駆動を停止させる制御を行った後、所定時間、前記ウォータポンプを駆動させる構成を採る。
本発明によれば、コスト、消費電力、および騒音を抑制しつつ、電動圧縮機の差圧を解消することができる。
本発明の実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置を示す一部破断図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置の冷媒および冷却液の流れについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置のインバータ周辺の構成を示すブロック図 車両用ヒートポンプ装置の制御部の処理手順を示すフロー図 車両用ヒートポンプ装置の差圧推定部の差圧推定手順を示すフロー図 実施の形態２の車両用ヒートポンプ装置のインバータ周辺の構成を示すブロック図 車両用ヒートポンプ装置の差圧推定部の差圧推定手順を示すフロー図 外気温と電動圧縮機における差圧との関係の一例を示す概念図 車両用ヒートポンプ装置の差圧推定部の差圧推定手順を示すフロー図 車両用ヒートポンプ装置の差圧推定部の差圧推定手順を示すフロー図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
（実施の形態１）
＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
まず、本発明の実施の形態１における各構成について、図１および図２を用いて説明する。図１および図２は、本実施の形態１に係る車両用ヒートポンプ装置の構成を示す図である。
車両用ヒートポンプ装置１は、車両に搭載される装置であり、低温側水冷媒熱交換器１１０と、高温側水冷媒熱交換器１１１と、冷媒を圧縮し吐出する電動圧縮機１１２と、コンプレッサ筐体１０９等を備える。ここで、車両とは、例えば、電気自動車である。電気自動車とは、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。
車両用ヒートポンプ装置１は、その内部にヒートポンプサイクルを有し、ヒートポンプの冷媒と低温側の冷却液（第２冷却液に相当）および高温側の冷却液（第１冷却液に相当）との間で熱交換を行う。低温側の冷却液と高温側の冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される。
冷媒は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）など、電気自動車に要求される極低温の環境下でもヒートポンプサイクルの効率を向上できる一方、作動圧力が高くなるものが採用される。
冷却液は、例えば、エチレングリコール水溶液などの液体である。冷却液は、不凍液であれば良く、エチレングリコール水溶液以外にプロピレングリコール水溶液を用いることも可能である。
高温側の冷却液は、高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入される（図１の矢印Ｂ）。この導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて加熱され、高温側導出管１０５から導出される（図１の矢印Ｂ）。冷却液は、高温側ウォータポンプ１０１の駆動力にて輸送される。
高温側水冷媒熱交換器１１１は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。
低温側の冷却液は、低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される（図１の矢印Ａ）。導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却され、低温側導出管１０７から導出される（図１の矢印Ａ）。冷却液は、低温側ウォータポンプ１０２の駆動力にて輸送される。
低温側水冷媒熱交換器１１０は、低温低圧の冷媒が流れる通路と低温側の冷却液が流れる通路とを備え、これらの通路の間で熱を移動させるように構成されている。
電動圧縮機１１２は、電動圧縮機用電動モータ１１２ａと圧縮機構１１２ｂとにより構成される。圧縮機構１１２ｂは、電動圧縮機用電動モータ１１２ａが発生する駆動力により冷媒を圧縮して吐出する機構である。圧縮機構１１２ｂは、例えば、スクロール型を用いることができる。電動圧縮機用電動モータ１１２ａは、インバータ（駆動回路に相当）１１３により電気的に駆動される。インバータ１１３は電力用半導体（例えばＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を有しており、給電部１０３から給電される直流電力を３相交流電力に変換して電動圧縮機用電動モータ１１２ａへ供給する。電力用半導体は、パワー半導体、パワー素子とも呼ばれる。
また、車両用ヒートポンプ装置１は、電動圧縮機１１２の冷媒の入口の上流にアキュムレータ１０８を備える。アキュムレータ１０８は、冷媒を気体と液体に分離させることで、電動圧縮機１１２へ気体の冷媒のみを供給する役割をなす。電動圧縮機１１２の破壊を防止するためである。
また、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷媒の入口の上流に膨張弁１１４を備える。膨張弁１１４は、熱量を変化させずに高圧の冷媒を膨張させて低圧にすることで、冷媒を低温にして低温側水冷媒熱交換器１１０へ送る。
また、車両用ヒートポンプ装置１は、車両用ヒートポンプ装置１の外部から電源供給を受けるための給電部１０３を備える。給電部１０３は、コンプレッサ筐体１０９の外壁に備える。給電部１０３へ供給された電気エネルギーは、電動圧縮機１１２、高温側ウォータポンプ１０１、および、低温側ウォータポンプ１０２のそれぞれが備える電動モータの駆動に用いられる。
＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
次に、図３を用いて車両用ヒートポンプ装置１の冷媒と冷却液の流れについて説明する。
始めに、冷媒の流れを説明する。図３の矢印Ｃは冷媒の流れる方向を示している。冷媒は、電動圧縮機１１２、高温側水冷媒熱交換器１１１、膨張弁１１４、低温側水冷媒熱交換器１１０を、この順で流れる。この冷媒の流れにより、ヒートポンプサイクルが構成される。
電動圧縮機１１２で圧縮された高温高圧の冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて熱を放出して液体となる。高温側水冷媒熱交換器１１１の出口側には、圧力センサ１１５が設けられており、圧力センサ１１５によって冷媒の圧力（電動圧縮機１１２の吐出圧力に相当）が検出される。液体となった冷媒は、膨張弁１１４にて急激に膨張され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒はアキュムレータ１０８を通過して電動圧縮機１１２にて再度、圧縮される。
続いて、冷却液の流れを説明する。高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温の冷媒と熱交換を行って加熱される。加熱された冷却液は、高温側導出管１０５から導出される。
低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管１０７から導出される。
このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、装置内だけで冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを実現している。さらに、高温側水冷媒熱交換器１１１および低温側水冷媒熱交換器１１０は、空気ではなく液体（冷却液）と冷媒との間で熱交換を行う。この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液を介して車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所から熱を吸収し、車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所へ熱を放出することができる。
＜車両温度調整システム＞
次に、図４および図５を用いて、車両用ヒートポンプ装置１を用いた車両温度調整システムについて説明する。図４は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図、図５は車両温度調整システムの冷房運転時の説明図である。
高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液、および、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液は車両用空調装置２へ導入され、冷房もしくは暖房に用いられる。車両用空調装置２は、ファイアウォール７の車室側に配置され、車室内の空調を行う装置である。車両用ヒートポンプ装置１は、ファイアウォール７の車室外の側に配置される。
車両用空調装置２は、冷房用空気水熱交換器（以下、「クーラコア」という）２００、暖房用空気水熱交換器２０１、ブロワファン２０２、切換ドア２０３、及び、クーラコア温度センサ２０４を備える。
クーラコア２００は、ブロワファン２０２により送風された空気と、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液との間で熱交換を行い、空気を冷却するものである。冷却された空気は車室内へ導かれ、車室内の冷房に用いられる。クーラコア２００には、クーラコア温度センサ２０４が設けられ、クーラコア温度センサ２０４は、クーラコア２００の温度を検出する。
クーラコア２００にて加熱された冷却液は、低温側導入管１０６を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。
暖房用空気水熱交換器２０１は、ブロワファン２０２により送風された空気（車両の車室内へ導かれる空気）と、高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱するものである。加熱された空気は車室内へ導かれ、車室内の暖房に用いられる。
暖房用空気水熱交換器２０１にて冷却された冷却液は、高温側導入管１０４を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。なお、第１のラジエータ５は、冷房時の冷却液の放熱に用いられる。
車両用ヒートポンプ装置１が導出する冷却液は、発熱体３の冷却に用いることも可能である。ここで、発熱体３とは、例えば、電気自動車に用いられる走行用モータ、走行用モータを駆動するためのインバータ、走行用モータへ電気エネルギーを供給するための蓄電池、車両外部から蓄電池を充電するための充電器、蓄電池の電圧変換を行うためのＤＣ−ＤＣ変換器などの、発熱部材である。これら発熱部材は電気自動車の走行中等に冷却を必要とする。
発熱体３から放出される熱は、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、車両用ヒートポンプ装置１にて冷却される。この加熱された冷却液は、第２のラジエータ６で放熱させることで、冷却することもできる。
車両用空調装置２を車室内の暖房に用いる場合は、発熱体３から放出された熱を、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却される。
この際、冷媒に回収（吸熱）された熱を、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温側の冷却液に回収（吸熱）させ、この冷却液を高温側導出管１０５から導出させ、暖房用空気水熱交換器２０１に導くことで、車室内の空気の加熱に利用する事も可能である。
車両温度調整システムでは、図４および図５に示すように、複数の三方弁Ｔによる冷却液の経路の切り替え、ならびに、切換ドア２０３による車室内へ向かう空気の経路の切り替えにより、車室内の暖房および冷房等の切り替えを行うことができる。
＜インバータ周辺の機能ブロック＞
次に、実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置１のインバータ１１３周辺における機能ブロックについて説明する。
図６は、車両用ヒートポンプ装置のインバータ周辺の構成を示すブロック図である。なお、図６では、車両用ヒートポンプ装置１と共に、エアコンを制御するエアコン制御装置（エアコンＥＣＵ）３０１、および、クーラコア２００の温度を検出するクーラコア温度センサ２０４も記載する。
図６より、車両用ヒートポンプ装置１は、高温側ウォータポンプ１０１、電動圧縮機１１２、インバータ１１３、および、圧力センサ１１５を含む。
インバータ１１３は、制御部１３１、電動圧縮機用駆動部１３４およびウォータポンプ用駆動部１３５を含む。インバータ１１３は、電動圧縮機用電動モータ１１２ａおよびウォータポンプ用電動モータ１０１ａに対して駆動制御を行う。
インバータ１１３において、制御部１３１は、差圧推定部１３２およびウォータポンプ必要駆動時間算出部１３３を含む。制御部１３１は、エアコンの駆動開始を指示する駆動ＯＮのエアコン制御信号がエアコン制御装置３０１から出力され、かつ、制御部１３１内で管理する、電動圧縮機１１２の起動の許可または不許可を示す電動圧縮機起動許可フラグがＯＮ（許可）である場合には、電動圧縮機用駆動部１３４に対して電動圧縮機用電動モータ１１２ａの駆動を開始する制御を行い、ウォータポンプ用駆動部１３５に対してウォータポンプ用電動モータ１０１ａの駆動を開始する制御を行う。なお、電動圧縮機起動許可フラグは、電動圧縮機１１２の差圧が所定値を超える場合には、ＯＦＦ（不許可）となり、差圧が所定値以下の場合には、ＯＮ（許可）となる。
また、制御部１３１は、エアコンの駆動停止を指示する駆動ＯＦＦのエアコン制御信号がエアコン制御装置３０１から出力された場合には、電動圧縮機用駆動部１３４に対して電動圧縮機用電動モータ１１２ａの駆動を停止する制御を行うと共に、差圧推定部１３２に電動圧縮機１１２における低圧部と高圧部との差圧の推定を指示する。
制御部１３１は、後述するウォータポンプ必要駆動時間算出部１３３から出力されたウォータポンプ必要駆動時間が経過した時点で、ウォータポンプ用駆動部１３５に対してウォータポンプ用電動モータ１０１ａの駆動を停止する制御を行う。
差圧推定部１３２は、制御部１３１から差圧推定の指示を受けると、圧力センサ１１５から電動圧縮機１１２の吐出圧力を取得し、また、クーラコア温度センサ２０４からクーラコア温度を取得する。差圧推定部１３２は、取得した吐出圧力と、クーラコア温度とに基づいて差圧を推定し、推定した差圧をウォータポンプ必要駆動時間算出部１３３に出力する。なお、差圧推定方法の詳細については後述する。
ウォータポンプ必要駆動時間算出部１３３は、差圧推定部１３２から出力された差圧に基づいて、差圧を所定値以下に低減するために必要な高温側ウォータポンプ１０１の駆動時間（ウォータポンプ必要駆動時間）を算出する。ウォータポンプ必要駆動時間は、電動圧縮機用電動モータ１１２ａの駆動を停止してから高温側ウォータポンプ１０１を継続して駆動する時間である。算出されたウォータポンプ必要駆動時間は制御部１３１に出力される。なお、制御部１３１の詳細な処理手順については後述する。
電動圧縮機用駆動部１３４は、制御部１３１から電動圧縮機用電動モータ１１２ａの駆動を開始する制御を受けた場合、図示せぬ蓄電池等から供給される直流電力を交流電力に変換して電動圧縮機用電動モータ１１２ａに供給し、電動圧縮機用電動モータ１１２ａを駆動する。また、電動圧縮機用駆動部１３４は、制御部１３１から電動圧縮機用電動モータ１１２ａの駆動を停止する制御を受けた場合、電動圧縮機用電動モータ１１２ａへの電流の供給を停止し、電動圧縮機用電動モータ１１２ａを停止する。
電動圧縮機１１２は、電動圧縮機用電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂを含む。電動圧縮機用電動モータ１１２ａは、電動圧縮機用駆動部１３４から供給される交流電力によって回転し、圧縮機構１１２ｂを駆動させる。圧縮機構１１２ｂは、電動圧縮機用電動モータ１１２ａにより駆動されて冷媒を圧縮する。
ウォータポンプ用駆動部１３５は、制御部１３１からウォータポンプ用電動モータ１０１ａの駆動開始または停止の制御に応じて、図示せぬ蓄電池等から供給される直流電力を交流電力に変換してウォータポンプ用電動モータ１０１ａに供給または停止し、ウォータポンプ用電動モータ１０１ａを駆動または停止する。
高温側ウォータポンプ１０１は、ウォータポンプ用電動モータ１０１ａおよびインペラ１０１ｂを含む。ウォータポンプ用電動モータ１０１ａは、ウォータポンプ用駆動部１３５に供給される交流電力によって回転し、インペラ１０１ｂを駆動させる。インペラ１０１ｂは、ウォータポンプ用電動モータ１０１ａにより駆動されて冷却液を輸送する。なお、ここでは、ウォータポンプ用電動モータ１０１ａが交流モータの場合について説明したが、これは直流モータでもよい。その場合、図示せぬ蓄電池等から供給される直流電力に対して、必要に応じて適当な電圧変換を行い、電圧変換を行った直流電力をウォータポンプ用電動モータ１０１ａに供給すればよい。
＜制御部における処理手順の詳細＞
次に、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１における制御部１３１の処理手順を詳細に説明する。
図７は、車両用ヒートポンプ装置の制御部の処理手順を示すフロー図である。図７において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）４０１では、制御部１３１は、エアコン制御装置３０１から取得したエアコン制御信号が駆動ＯＮであり、かつ、電動圧縮機１１２の起動の許可または不許可を示す電動圧縮機起動許可フラグがＯＮ（許可）であるか否かを判定し、この条件を満たす場合（ＹＥＳ）にはＳＴ４０２に移行し、この条件を満たさない（ＮＯ）場合にはＳＴ４０１に戻る。
ＳＴ４０２では、制御部１３１は、電動圧縮機１１２および高温側ウォータポンプ１０１の駆動を開始する制御を行い、ＳＴ４０３では、電動圧縮機起動許可フラグをＯＦＦ（不許可）にする。
ＳＴ４０４では、制御部１３１は、エアコン制御装置３０１から取得したエアコン制御信号が駆動ＯＦＦであるか否かを判定し、駆動ＯＦＦである場合（ＹＥＳ）にはＳＴ４０５に移行し、駆動ＯＦＦではない場合（ＮＯ）にはＳＴ４０４に戻る。
ＳＴ４０５では、制御部１３１は、電動圧縮機１１２の駆動を停止する制御を行い、ＳＴ４０６では、制御部１３１内の差圧推定部１３２は、電動圧縮機１１２の吐出圧力とクーラコア温度とに基づいて差圧を推定する。
ＳＴ４０７では、制御部１３１内のウォータポンプ必要駆動時間算出部１３３は、差圧推定部１３２から取得した差圧に基づいて、ウォータポンプ必要駆動時間を算出する。
ＳＴ４０８では、制御部１３１は、高温側ウォータポンプ１０１の駆動を継続する制御を行い、ＳＴ４０９では、電動圧縮機１１２の駆動を停止してからのウォータポンプ駆動時間がウォータポンプ必要駆動時間を超えるか否かを判定し、超える場合（ＹＥＳ）にはＳＴ４１０に移行し、超えない場合（ＮＯ）にはＳＴ４０８に移行する。
ＳＴ４１０では、制御部１３１は、電動圧縮機起動許可フラグをＯＮにして、制御部１３１における処理を終了する。
なお、ＳＴ４０６およびＳＴ４０７の処理は、ＳＴ４０５における電動圧縮機１１２の駆動を停止する前、すなわち、ＳＴ４０４の判定処理の開始にあわせて処理することも可能である。
このように、電動圧縮機１１２の駆動を停止してからウォータポンプ必要駆動時間が経過するまで、制御部１３１が高温側ウォータポンプ１０１の駆動を継続することにより、高温側ウォータポンプ１０１が輸送する高温側の冷却液が高温側水冷媒熱交換器１１１を冷却して、電動圧縮機１１２の吐出圧力を下げ、差圧を解消することができる。また、差圧を解消するために電動圧縮機１１２を駆動する場合に比べ、高温側ウォータポンプ１０１を駆動する方が消費電力を低減することができる。また、差圧を解消するために特殊な構造を必要とするものではなく、コストを抑えることができる。さらに、高温側ウォータポンプ１０１の駆動時の騒音は、電動圧縮機１１２の駆動時の騒音よりもはるかに小さいため、騒音を抑制することができる。
＜差圧推定部における差圧推定手順の詳細＞
図６の差圧推定部１３２における差圧推定手順について説明する。
図８は、車両用ヒートポンプ装置の差圧推定部の差圧推定手順を示すフロー図である。図８において、ＳＴ５０１では、差圧推定部１３２は、高温側水冷媒熱交換器１１１の出口側に設けられた圧力センサ１１５によって検出された吐出圧力を取得し、ＳＴ５０２では、クーラコア２００に設けられたクーラコア温度センサ２０４によって検出されたクーラコア温度を取得する。
ＳＴ５０３では、差圧推定部１３２は、クーラコア温度に基づいて、電動圧縮機１１２の吸入圧力を推定し、ＳＴ５０４では、吐出圧力と吸入圧力とから差圧を算出する。
＜実施の形態１の効果＞
このように、実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置１によれば、差圧推定部１３２が検出された吐出圧力と、クーラコア温度から推定した吸入圧力とに基づいて電動圧縮機１１２における差圧を推定し、電動圧縮機１１２の駆動を停止する際、制御部１３１が差圧に基づいて、ウォータポンプ必要駆動時間を算出する。制御部１３１は、電動圧縮機１１２の駆動を停止してからウォータポンプ必要駆動時間が経過するまで高温側ウォータポンプ１０１を継続して駆動する。これにより、高温側水冷媒熱交換器１１１を冷却して電動圧縮機１１２の吐出圧力を下げることができるので、コストおよび消費電力を抑制しつつ、差圧を解消することができる。また、電動圧縮機１１２の駆動を停止中に高温側ウォータポンプ１０１を駆動しても、高温側ウォータポンプ１０１の駆動音は電動圧縮機１１２の駆動音よりもはるかに小さいため、騒音を抑制することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、検出された吐出圧力と、クーラコア温度から推定した吸入圧力とに基づいて差圧を推定する方法について説明した。実施の形態２では、電動圧縮機吐出温度と、クーラコア温度とに基づいて差圧を推定する場合について説明する。
＜インバータ周辺の機能ブロック＞
実施の形態２の車両用ヒートポンプ装置１のインバータ１１３周辺における機能ブロックについて説明する。
図９は、車両用ヒートポンプ装置のインバータ周辺の構成を示すブロック図である。図９では、車両用ヒートポンプ装置１と共に、エアコンを制御するエアコン制御装置（エアコンＥＣＵ）３０１、および、クーラコア２００の温度を検出するクーラコア温度センサ２０４も記載する。
図９より、車両用ヒートポンプ装置１は、高温側ウォータポンプ１０１、電動圧縮機１１２、インバータ１１３、および、電動圧縮機吐出温度センサ１１６を含む。
電動圧縮機吐出温度センサ１１６は、電動圧縮機１１２の吐出部に設けられ、電動圧縮機１１２から吐出される冷媒の吐出温度を検出し、検出した吐出温度を差圧推定部１４１に出力する。
差圧推定部１４１は、制御部１３１から差圧推定の指示を受けると、クーラコア温度センサ２０４からクーラコア温度を取得し、また、電動圧縮機吐出温度センサ１１６から電動圧縮機１１２の吐出温度を取得する。差圧推定部１４１は、取得したクーラコア温度から電動圧縮機１１２の吸入圧力を推定し、取得した吐出温度から電動圧縮機１１２の吐出圧力を推定する。差圧推定部１４１は、推定した吸入圧力と吐出圧力とから差圧を推定し、推定した差圧をウォータポンプ必要駆動時間算出部１３３に出力する。
＜差圧推定部における差圧推定手順の詳細＞
図９の差圧推定部１４１における差圧推定手順について説明する。
図１０は、車両用ヒートポンプ装置の差圧推定部の差圧推定手順を示すフロー図である。ＳＴ６０１では、差圧推定部１４１は、電動圧縮機吐出温度センサ１１６によって検出された吐出温度を取得し、ＳＴ６０２では、クーラコア温度センサ２０４によって検出されたクーラコア温度を取得する。
ＳＴ６０３では、差圧推定部１４１は、吐出温度とクーラコア温度とに基づいて、吸入圧力と吐出圧力をそれぞれ推定し、推定した吸入圧力と吐出圧力とから差圧を推定する。
＜実施の形態２の効果＞
このように、実施の形態２の車両用ヒートポンプ装置１によれば、差圧推定部１４１が検出された吐出温度と、検出されたクーラコア温度とに基づいて電動圧縮機１１２における差圧を推定し、電動圧縮機１１２の駆動を停止する際、制御部１３１が差圧に基づいて、ウォータポンプ必要駆動時間を算出する。制御部１３１は、電動圧縮機１１２の駆動を停止してからウォータポンプ必要駆動時間が経過するまで高温側ウォータポンプ１０１を継続して駆動する。これにより、高温側水冷媒熱交換器１１１を冷却して電動圧縮機１１２の吐出圧力を下げることができるので、コストおよび消費電力を抑制しつつ、差圧を解消することができる。
＜変形例１＞
なお、上記実施の形態１では、差圧推定部１３２において、検出された吐出圧力と、クーラコア温度から推定した吸入圧力とから差圧を推定する方法について説明した。また、上記実施の形態２では、差圧推定部１４１において、検出された吐出温度と、検出されたクーラコア温度とに基づいて差圧を推定する方法について説明した。しかし、差圧推定部は、外気温を検出する外気温センサによって検出された外気温に基づいて差圧を推定してもよい。この場合における差圧推定方法について図１１および図１２を用いて説明する。
図１１は、外気温と電動圧縮機における差圧との関係の一例を示す概念図である。図１１において、縦軸は、電動圧縮機における差圧を示し、横軸は、外気温を示している。図１１から分かるように、人間が快適に感じる温度範囲から外気温が遠ざかるほど、電動圧縮機の負荷が大きく、差圧が大きいと考えられる。
図１２において、ＳＴ７０１では、差圧推定部１３２は、外気温を取得し、ＳＴ７０２では、外気温に基づいて、差圧を算出して、差圧推定手順を終了する。
＜変形例２＞
さらに、差圧推定部１３２は、電動圧縮機１１２のモータ電流から差圧を推定してもよい。この場合における差圧推定手順について図１３を用いて説明する。
ＳＴ８０１では、差圧推定部１３２は、電動圧縮機用電動モータ１１２ａのモータ電流を取得し、一定時間における時間平均のモータ電流を求めて記憶する。ＳＴ８０２では、時間平均されたモータ電流から差圧を推定する。なお、モータ電流は、モータトルクに相当する。
なお、上記各実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置１を一体化した場合を例に説明した。しかし、本発明は、車両用ヒートポンプ装置１を一体化せず、各構成部材をそれぞれ離間して配置してもよい。
本発明にかかる車両用ヒートポンプ装置は、車両内の各部の温度を調整するシステム等に用いるのに好適である。
１ 車両用ヒートポンプ装置
１０１ 高温側ウォータポンプ
１０１ａ ウォータポンプ用電動モータ
１０１ｂ インペラ
１０２ 低温側ウォータポンプ
１０３ 給電部
１０４ 高温側導入管
１０５ 高温側導出管
１０６ 低温側導入管
１０７ 低温側導出管
１０８ アキュムレータ
１０９ コンプレッサ筐体
１１０ 低温側水冷媒熱交換器
１１１ 高温側水冷媒熱交換器
１１２ 電動圧縮機
１１２ａ 電動圧縮機用電動モータ
１１２ｂ 圧縮機構
１１３ インバータ
１１４ 膨張弁
１１５ 圧力センサ
１１６ 電動圧縮機吐出温度センサ
１３１ 制御部
１３２、１４１ 差圧推定部
１３３ ウォータポンプ必要駆動時間算出部
１３４ 電動圧縮機用駆動部
１３５ ウォータポンプ用駆動部
２ 車両用空調装置
２００ クーラコア
２０１ 暖房用空気水熱交換器
２０２ ブロワファン
２０３ 切替ドア
２０４ クーラコア温度センサ
３ 発熱体
５ 第１のラジエータ
６ 第２のラジエータ
７ ファイアウォール
３０１ エアコン制御装置

Claims (7)

  1. 車両用ヒートポンプ装置であって、
    吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、
    電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動部と、
    前記冷媒から温熱を吸収して輸送する第１冷却液と、前記電動圧縮機が吐出した高温高圧冷媒との間で熱交換を行う高温側水冷媒熱交換器と、
    前記第１冷却液を輸送するウォータポンプと、
    前記駆動部および前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、
    を具備し、
    前記制御部は、前記電動モータの停止を指示する信号を受信したとき、前記駆動部の駆動を停止させる制御を行った後、所定時間、前記ウォータポンプを駆動させる、
    車両用ヒートポンプ装置。
  2. 前記高温側水冷媒熱交換器は、前記電動圧縮機を囲って前記電動圧縮機と熱交換可能に接触している、
    請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
  3. 前記制御部は、
    前記電動圧縮機における圧力の低い低圧部と圧力の高い高圧部との圧力差である差圧を推定する差圧推定部と、
    前記所定時間を、前記差圧が所定値以下となるまで前記ウォータポンプの駆動を継続するウォータポンプ必要駆動時間として算出するウォータポンプ必要駆動時間算出部と、
    を有する請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
  4. 前記差圧推定部は、前記電動圧縮機の吐出圧力と、前記冷媒から冷熱を吸収して輸送する第２冷却液と空気との間で熱交換を行う冷房用空気水熱交換器における温度に基づく前記電動圧縮機の吸入圧力と、に基づいて、前記差圧を推定する、
    請求項３に記載の車両用ヒートポンプ装置。
  5. 前記差圧推定部は、前記電動圧縮機の吐出温度と、前記冷媒から冷熱を吸収して輸送する第２冷却液と空気との間で熱交換を行う冷房用空気水熱交換器における温度とに基づいて、前記差圧を推定する、
    請求項３に記載の車両用ヒートポンプ装置。
  6. 前記差圧推定部は、外気温に基づいて、前記差圧を推定する、
    請求項３に記載の車両用ヒートポンプ装置。
  7. 前記差圧推定部は、前記電動モータに流れる電流であるモータ電流に基づいて、前記差圧を推定する、
    請求項３に記載の車両用ヒートポンプ装置。
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