JP2014125156A - 車両用ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転再開時の起動速度を向上させることができる車両用ヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】この車両用ヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機１１２と、温熱を輸送する高温側冷却液と、電動圧縮機１１２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１１１と、高温側冷却液１１１を循環させる高温側冷却液系統と連通して高温側冷却液を収容する高温側リザーバタンク１３０とを具備し、高温側リザーバタンク１３０は、高温側水冷媒熱交換器１１１と熱交換可能に接触している。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用ヒートポンプ装置に関する。

以前より、ヒートポンプを備え冷媒と冷却液との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置が知られている。非特許文献１には、車両用ヒートポンプ装置（ＨＰＡＣ：Heat Pump Air Conditioner）を備え、車両用ヒートポンプ装置が導出した冷却液を用いて車室内の冷暖房を行う車両の温度調整システムが開示されている。この車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒から冷却液へ放熱を行うコンデンサと、冷却液を冷媒で冷却する冷却器と、コンデンサへ冷却液を送出するコンデンサポンプと、冷却器へ冷却液を送出する冷却器ポンプとを備えている。

Kowsky et al., "Unitary HPAC System", SAE International J. Passeng. Cars - Mech. Syst., 2012, doi:10.4271/2012-01-1050.

ところで、５分や１０分といった比較的短い時間、車両の空調を停止させるケースは多い。例えば、コンビニエンス・ストアで買い物をするために車両を駐車するような場合である。

このような比較的短い時間であっても、運転が停止すると、車両用ヒートポンプ装置と周囲との間および装置内での熱移動が進み、装置の低温側各部と高温側各部との間の温度差は減少する。このため、従来の車両用ヒートポンプ装置では、比較的短い時間しか運転を停止していないにも関わらず、運転再開時の起動速度が遅いという課題があった。

本発明の目的は、運転再開時の起動速度を向上させることができる車両用ヒートポンプ装置を提供することである。

本開示の車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、温熱を輸送する高温側冷却液と、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、前記高温側冷却液を循環させる高温側冷却液系統と連通して前記高温側冷却液を収容する高温側リザーバタンクと、を具備し、前記高温側リザーバタンクは、前記高温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触している、構成を採る。

本開示によれば、運転再開時の起動速度を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１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のコンプレッサ筐体側を示す一部破断の斜視図 実施の形態１のコンプレッサ筐体側を示す一部破断の斜視図 実施の形態１のコンプレッサ筐体側を示す軸方向断面図 実施の形態１のコンプレッサ筐体側を示す周方向断面図 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 実施の形態１の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 実施の形態１の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 本発明の実施の形態２に係るコンプレッサ筐体側を示す斜視図 実施の形態２のコンプレッサ筐体側を示す一部破断図 実施の形態２のコンプレッサ筐体側を示す周方向断面図 実施の形態２のコンプレッサ筐体側を示す一部破断の斜視図 実施の形態２のコンプレッサ筐体側を示す軸方向断面図

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における各構成について、図１〜図６を用いて説明する。図１〜図６は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置の構成を示す図である。

より具体的には、図１は、車両用ヒートポンプ装置の斜視図であり、図２は、車両用ヒートポンプ装置の一部破断図である。図３および図４は、車両用ヒートポンプ装置のうちコンプレッサ筐体側の一部破断の斜視図であり、図５は、コンプレッサ筐体側の断面図である。図６は、図５のＣ−Ｃ線における周断面図である。

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、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機１１２とを備える。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を有する。そして、車両用ヒートポンプ装置１は、ヒートポンプの冷媒と低温側の冷却液（以下「低温側冷却液」という）および高温側の冷却液（以下「高温側冷却液」という）との間で熱交換を行う。低温側冷却液と高温側冷却液とは、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。

高温側冷却液は、高温側導入管１０４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が備える電力モータの駆動力にて輸送される。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、冷媒が流れる通路１１１ａと高温側冷却液が流れる通路１１１ｂ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。すなわち、高温側水冷媒熱交換器１１１は、温熱を輸送する高温側冷却液と、後述の電動圧縮機１１２が吐出した高温高圧冷媒との間で、熱交換を行う。

低温側冷却液は、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が備える電力モータの駆動力にて輸送される。

低温側水冷媒熱交換器１１０は、冷媒が流れる通路と低温側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、電動モータ１１２ａ、圧縮機構１１２ｂ、および、コンプレッサ筐体１０９等から構成される。圧縮機構１１２ｂは電動モータ１１２ａが発生する駆動力により、吸入した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。電動モータ１１２ａは、インバータ１１３により電気的に駆動され、圧縮機構１１２ｂを駆動する。インバータ１１３は電力用半導体を有しており、電源から供給される直流電流を三相交流電力に変換して、電動モータ１１２ａへ供給する。

コンプレッサ筐体１０９は、電動圧縮機１１２で処理される冷媒が外部に漏洩しないように封入するものであり、コンプレッサ筐体１０９の内側には電動圧縮機１１２を通過する冷媒が流れる。

電動圧縮機１１２は、高圧シェル型の圧縮機を構成する。高圧シェル型の圧縮機とは、電動モータ１１２ａとコンプレッサ筐体１０９との間に、圧縮機構１１２ｂで圧縮された高圧の冷媒が流れ、コンプレッサ筐体１０９が高圧の冷媒に耐えうる構造を有するタイプの圧縮機を言う。低圧シェル型の圧縮機では、圧縮前の低温低圧の冷媒が電動モータの周囲を流れて加熱されるため、圧縮機構に導入される冷媒が膨張して薄くなってしまう。この場合、圧縮機構１１２ｂに吸入される冷媒密度が低くなるため、空調能力が低下してしまう。一方、本実施の形態のように、高圧シェル型の圧縮機を採用することで、圧縮前の冷媒が不用意に加熱されず、空調能力を向上できる。

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温側水冷媒熱交換器１１１の下流側の高圧冷媒を膨張させて低温低圧にする。膨張弁１１４を通過した低温低圧冷媒は低温側水冷媒熱交換器１１０へ送られる。

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。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、高温側冷却液を循環させる高温側冷却液系統と連通して高温側冷却液を収容する、高温側リザーバタンク１３０を具備している。高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９と熱交換可能に接触している。なお、コンプレッサ筐体１０９は、上述の通り、高温側水冷媒熱交換器１１１と一体となっている。したがって、本実施の形態において、コンプレッサ筐体１０９と熱交換可能に接触することは、高温側水冷媒熱交換器１１１と熱交換可能に接触することを意味する。

本実施の形態では、高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９の上面に、コンプレッサ筐体１０９を覆って配置されている。すなわち、高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有する。高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９の上面において、コンプレッサ筐体１０９と密着している。

また、高温側リザーバタンク１３０は、第１の連通部１３１と、第１の連通部１３１とは別に設けられた第２の連通部１３２とを有する。第１の連通部１３１は、高温側冷却液を高温側冷却液系統から高温側リザーバタンク１３０へ流入させる。第２の連通部１３２は、高温側冷却液を高温側リザーバタンク１３０から高温側冷却液系統へ流出させる。

より具体的には、第１の連通部１３１および第２の連通部１３２は、高温側水冷媒熱交換器１１１の冷却液の通路１１１ｂと、それぞれ連通している。そして、図示しないが、第１の連通部１３１は、高温側冷却液系統の圧力が第１の所定値以上に上昇すると開き、膨張した高温側冷却液をリザーバタンクへ流入させる、正圧弁を具備している。また、図示しないが、第２の連通部１３２は、高温側冷却液系統の圧力が第２の所定値以下に低下すると開き、高温側冷却液をリザーバタンクから高温側冷却液系統へ流出させる、負圧弁を具備している。これら正圧弁および負圧弁は、全体として、高温側冷却液系統を所定の圧力に保持する機能を有する。また、高温側リザーバタンク１３０は、重力方向上方に、高温側冷却液の収容空間の圧力を調整するキャップ部（図示せず）を具備している。

なお、高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９との接触領域以外の領域の一部または全部が、断熱材に覆われてもよい。

＜高温側水冷媒熱交換器の詳細＞
次に、車両用ヒートポンプ装置１におけるコンプレッサ筐体１０９側の構成を、特に図３〜図６を参照して、詳細に説明する。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、コンプレッサ筐体１０９の壁体の中に設けられている。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、図４〜図６に示すように、冷媒が流れる通路１１１ａと、冷却液が流れる通路１１１ｂとを備えている。

冷却液の通路１１１ｂは、例えば、電動圧縮機１１２の周囲に沿って二次元方向（図４のＸ−Ｒ方向）に広がる空間により構成され、通路１１１ｂの一端および他端に冷却液の導入口１１１ｂｉｎと導出口１１１ｂｏｕｔとが設けられている。導出口１１１ｂｏｕｔは、高温側ウォータポンプ１０１に通じている。また、通路１１１ｂの一部は、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。

冷媒の通路１１１ａは、例えば、複数の直線状且つ筒状の配管により構成され、冷却液の通路１１１ｂを横切るように通路１１１ｂを囲う空間内に配置されている。図６に示すように、複数の通路１１１ａは、電動圧縮機１１２の周方向（図４のＲ方向）に分散して配置されている。各通路１１１ａの一端は、図５に示すように、電動圧縮機１１２の冷媒吐出口につながる冷媒室１１１ｃに通じ、各通路１１１ａの他端は、膨張弁１１４につながる冷媒室１１１ｄに通じている。冷媒室１１１ｃ、１１１ｄは、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。

このような構成により、電動圧縮機１１２において圧縮された高温高圧冷媒は、電動圧縮機１１２から冷媒室１１１ｃへ吐出され、高温側水冷媒熱交換器１１１の複数の通路１１１ａへ進む。その後、この高温高圧冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１の中で冷却液へ放熱することで凝縮されて冷媒室１１１ｄを介して膨張弁１１４へ送られる。

図３〜図６に示すように、高温側水冷媒熱交換器１１１と電動圧縮機１１２とは、各々の筐体が１つのコンプレッサ筐体１０９に共通化されることで、一体的な構成となっている。

コンプレッサ筐体１０９は、密閉性を有し、冷却液および冷媒の各導入口および各導出口を除いて、高温側水冷媒熱交換器１１１を壁体内に閉じ込め、電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂを内部の収容空間に閉じ込める。

コンプレッサ筐体１０９は、コンプレッサ筐体１０９の壁体を外周側と内周側との２つに区分することで、外周側を高温側水冷媒熱交換器１１１の筐体、内周側を電動圧縮機１１２の筐体とみなすこともできる。この場合、図３〜図６に示すように、高温側水冷媒熱交換器１１１は、電動圧縮機１１２の周囲を囲って電動圧縮機１１２と熱交換可能に接触しているとみなすことができる。

なお、実際に、高温側水冷媒熱交換器１１１の筐体と、電動圧縮機１１２の筐体とを別体に構成し、高温側水冷媒熱交換器１１１が電動圧縮機１１２の周囲を囲って、互いに熱交換可能に接触した構成を採用してもよい。

なお、本実施の形態において、コンプレッサ筐体１０９は、重力方向上方において、通路１１１ｂを開放する２つの開口部１１６を有している。これらの開口部１１６は、それぞれ、上述の高温側リザーバタンク１３０の第１の連通部１３１および第２の連通部１３２と接続される。

＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
次に、図７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７の矢印Ｄ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で圧縮されて電動圧縮機１１２から吐出された高温高圧冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて熱を放出して液体となる。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、本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。

また、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、温度に応じて変化する高温側冷却液の体積変化を、高温側リザーバタンク１３０によって吸収する。より具体的には、高温側冷却液が膨張して高温側冷却液系統の圧力が第１の所定値以上に上昇すると、高温側冷却液は、高温側冷却液系統から高温側リザーバタンク１３０へと流入する。また、高温側冷却液が収縮して高温側冷却液系統の圧力が第２の所定値以下に低下すると、高温側冷却液は、高温側リザーバタンク１３０から高温側冷却液系統へと流出する。すなわち、高温側冷却液系統と高温側リザーバタンク１３０との間では、間欠的あるいは連続的に、高温側冷却液が流動する。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、高温側リザーバタンク１３０に収容されている高温側冷却液（以下「リザーバ冷却液」という）の温度を、高温側冷却液系統を循環する高温側冷却液の温度に近付けることができる。

また、高温側リザーバタンク１３０は、高温側冷却液の流入口である第１の連通部１３１と、高温側冷却液の流出口である第２の連通部１３２とを、別の位置に具備している。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、リザーバ冷却液の交換が積極的に行われるようにすることができ、リザーバ冷却液の温度を、高温側冷却液系統を循環する高温側冷却液の温度に更に近付けることができる。

また、高温側リザーバタンク１３０は、上述の通り、コンプレッサ筐体１０９（高温側水冷媒熱交換器１１１）と熱交換可能に接触している。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、運転中および停止中において、高温側水冷媒熱交換器１１１とリザーバ冷却液との間での熱伝導を可能する。

そして、高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９（高温側水冷媒熱交換器１１１）の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有する。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、運転中、リザーバ冷却液の下方から加熱されるため、リザーバ冷却液の対流を促進することができる。すなわち、車両用ヒートポンプ装置１は、リザーバ冷却液の熱容量のより多くの部分を、冷熱蓄積のために利用することができる。

以上のような、冷却液流動、冷却液対流、および熱伝導により、車両用ヒートポンプ装置１の運転中において、リザーバ冷却液の温度は、高温側水冷媒熱交換器１１１内の高温側冷却液の温度に近似した温度となる。

また、高温側リザーバタンク１３０は、車両用ヒートポンプ装置１の運転が停止した後もしばらく、リザーバ冷却液の温度は保たれる。この温度保持は、特に高温側リザーバタンク１３０が断熱材に覆われている場合に顕著である。そして、運転が再開したときには、リザーバ冷却液の高温側冷却液系統への流出と、高温側リザーバタンク１３０から高温側水冷媒熱交換器１１１への熱移動とにより、高温側冷却液系統の温度は高くなる。

すなわち、車両用ヒートポンプ装置１は、高温側リザーバタンク１３０を備えることにより、リザーバ冷却液の熱容量を有効利用する構成を有している。このため、車両用ヒートポンプ装置１は、従来に比べて、運転停止時に高温側と低温側との温度差が拡大し難く、運転再開時の起動速度を向上させることが可能となる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液系統に通常必要な装置であるリザーバタンクを、リザーバ冷却液の温度保持に用いるため、従来装置に対する部品点数の増大やコストの増大を防いだ状態で、上記効果を得ることができる。

＜車両温度調整システム＞
次に、図８および図９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８は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図である。図９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高温側冷却液、および、低温側導出管１０７から導出した冷却された低温側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、冷房用空気冷媒熱交換器２００、暖房用空気冷媒熱交換器２０１、ブロワファン２０２、および、切換ドア２０３を備える。

冷房用空気冷媒熱交換器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低温側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。

冷房用空気冷媒熱交換器２００にて加熱された低温側冷却液は、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。

暖房用空気冷媒熱交換器２０１は、ブロワファン２０２により送風された空気と、高温側導出管１０５から導出した加熱された高温側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。

暖房用空気冷媒熱交換器２０１にて冷却された高温側冷却液は、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、冷房時の高温側冷却液の放熱に用いられる。

車両用ヒートポンプ装置１が導出する低温側冷却液は、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などの、発熱部材である。また、発熱体３とは、例えば、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、低温側冷却液に吸熱させる。すなわち、低温側冷却液は加熱される。この加熱された低温側冷却液は、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。この加熱された低温側冷却液は、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、低温側冷却液に吸熱させる。すなわち、低温側冷却液は加熱される。この加熱された低温側冷却液は、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にて高温側冷却液に回収（吸熱）させ、この高温側冷却液を高温側導出管１０５から導出させ、暖房用空気冷媒熱交換器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８と図９とに示すように、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。

＜実施の形態１の効果＞
以上のように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、高温側水冷媒熱交換器１１１と熱交換可能に接触した高温側リザーバタンク１３０を備えている。これにより、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、運転停止時に、リザーバ冷却液の熱容量を有効利用して、運転停止前に得られた温熱を保持することができ、運転再開時の起動速度を向上させることができる。

（実施の形態２）
＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
本発明の実施の形態２における各構成について、図１０〜図１４を用いて説明する。図１０〜図１４は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置のうちコンプレッサ筐体側の構成を示す図である。

より具体的には、図１０は、コンプレッサ筐体側の斜視図であり、図１１は、コンプレッサ筐体側の一部破断図である。図１２は、図１０のＥ−Ｅ’線における周断面図である。

本実施の形態では、高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９（高温側水冷媒熱交換器１１１）の上面および側面を覆ってコンプレッサ筐体１０９（高温側水冷媒熱交換器１１１）と接触している。

また、本実施の形態のコンプレッサ筐体側の構成は、実施の形態１とは異なっている。具体的には、本実施の形態の冷却液の通路１１１ｂは、電動圧縮機１１２の周囲に沿って螺旋状に形成されている。

＜高温側水冷媒熱交換器の詳細＞
次に、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置における高温側水冷媒熱交換器１１１の構成を詳細に説明する。

図１３は、車両用ヒートポンプ装置のコンプレッサ筐体側の構成を示す一部破断の斜視図である。図１４は、コンプレッサ筐体側における冷媒および冷却液の流れを説明する模式図である。なお、図１３および図１４では、高温側リザーバタンク１３０の図示を省略している。

本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置のコンプレッサ筐体１０９は、内シェル１０９ａと、外シェル１０９ｂと、蓋シェル（図示せず）とを有している。

以下では、電動圧縮機１１２における圧縮機構１１２ｂのある側を一端側、逆側を他端側と呼ぶ。また、電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂを、中心軸Ｘが一端側から他端側へかけ伸びる円柱形状とみなしたときの円柱面（外周の曲面）に相当する面を周面と呼ぶ。

内シェル１０９ａは、電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂの周面を主に覆っている。内シェル１０９ａと電動モータ１１２ａとの間には、冷媒が流れる空間が設けられている。

外シェル１０９ｂは、内シェル１０９ａの外周と、電動モータ１１２ａの他端側とを覆っている。外シェル１０９ｂは、内シェル１０９ａの周面に外側から嵌合した状態で、内シェル１０９ａに接合されている。外シェル１０９ｂの他端側には、冷媒の吐出通路が設けられている。

蓋シェルは、圧縮機構１１２ｂの一端側を覆って、内シェル１０９ａに接合されている。蓋シェルには、圧縮機構１１２ｂの冷媒吸入口に連通する冷媒の吸入通路が設けられている。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、内シェル１０９ａおよび外シェル１０９ｂにより構成されている。高温側水冷媒熱交換器１１１は、複数の吸熱フィンｆと、冷却液の通路１１１ｂとを有している。

複数の吸熱フィンｆは、例えばアルミなど熱伝導の高い部材により構成され、内シェル１０９ａの内側に張り出し、且つ、内シェル１０９ａの内壁に熱伝導性を有する状態に接合されている。複数の吸熱フィンｆは、特に制限されないが、各々が一端側から他端側へ伸びる板状であり、内シェル１０９ａの周方向（図１３のＲ方向）に分散して配置されている。吸熱フィンｆは、波状に曲がった形状としてもよい。また、吸熱フィンｆは、内シェル１０９ａの中心軸Ｘを中心に螺旋状に伸びるように配置されてもよい。

通路１１１ｂは、上述の通り高温側冷却液が流れる通路であり、内シェル１０９ａと外シェル１０９ｂとの間に空隙として設けられている。通路１１１ｂの一端は高温側導出管１０５に連通し、通路１１１ｂの他端は高温側ウォータポンプ１０１を介して高温側導入管１０４に連通している。なお、コンプレッサ筐体１０９は、内シェル１０９ａと外シェル１０９ｂとに分離する構成としなくてもよい。この場合、通路１１１ｂは、コンプレッサ筐体１０９の外周面に溝として設け、溝の外周側を別の部材で覆って構成してもよい。

通路１１１ｂは、例えば、内シェル１０９ａの外面に形成された溝と、外シェル１０９ｂの内面とに囲まれた空間である。通路１１１ｂは、特に制限されないが、内シェル１０９ａの周面に沿って周方向（図１３のＲ方向）に周りながら中心軸Ｘの方向へ進む螺旋状の通路になっている。さらに、通路１１１ｂの中には、冷却液の接触面積を広げるための冷却液フィンＦが設けられている。

上記構造の高温側水冷媒熱交換器１１１においては、図１４のように冷媒と冷却液とが流れて、これらの間で熱交換が行われる。すなわち、圧縮機構１１２ｂで圧縮された冷媒は、圧縮機構１１２ｂおよび電動モータ１１２ａの周囲を一端側から他端側へ移動する。この移動の間、高温高圧の冷媒は、より高温になった電動モータ１１２ａを冷却するとともに、内シェル１０９ａの吸熱フィンｆに放熱を行って冷却される。また、冷却液は、通路１１１ｂを流れて冷媒の熱を吸収して加熱される。

＜受液器の構造＞
本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置は、図１３に示すように、コンプレッサ筐体１０９に受液器（受液部に相当）１１５が設けられている。受液器１１５は、リザーブタンクとも呼ばれる。

受液器１１５は、液相の冷媒を溜めて、冷媒の作動量を調整できる容器であり、例えば、外シェル１０９ｂの他端側で、且つ、重力方向の下方に、容器状の空間として設けられている。受液器１１５は、上端が外シェル１０９ｂの冷媒の通路に開口し、底に近い箇所に冷媒を導出する導出管１１５ｂが設けられている。導出管１１５ｂは、膨張弁１１４へと連通する。

＜実施の形態２の効果＞
上記構成により、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置の高温側リザーバタンク１３０は、コンプレッサ筐体１０９（高温側水冷媒熱交換器１１１）に対して高い断熱効果を奏する。すなわち、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置は、（高温側水冷媒熱交換器１１１）の温熱をより長い時間保持することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

なお、高温側リザーバタンクの形状は、高温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触可能なものであればよく、上記実施の形態において説明した形状に制限されない。

また、高温側リザーバタンクの高温側冷却液系統との連通箇所の個数や位置は、上記実施の形態において説明した例に制限されない。

例えば、高温側リザーバタンクは、高温側冷却水系統との連通箇所を１箇所とし、その連通箇所に、上述の正圧弁と負圧弁とを一体的に備えた圧力弁を有してもよい。この場合、装置コストの低減を図ることができる。

また、高温側リザーバタンクは、高温側冷却液系統内の設計圧力が大気圧と同等である場合には、必ずしも正圧弁および負圧弁を有していなくてもよい。この場合、装置コストの低減を図ることができる。

また、高温側リザーバタンクの形態は、高温側冷却水系統とは別の冷却水流路を構成するバイパス型としたが、これに限定されない。高温側リザーバタンクは、例えば、高温側冷却水系統に挿入され、高温側冷却水系統の一部を構成する、循環型のものであってもよい。この場合、運転中、リザーバ冷却液の温度は、常に高温側冷却水系統の高温側冷却水の温度と同一となる。したがって、リザーバ冷却液の熱容量を最大限に有効利用することが可能となり、運転再開時の起動速度を更に向上させることができる。

また、高温側リザーバタンクが適用されるコンプレッサ筐体の構成は、上記実施の形態において説明した構成に制限されない。

また、上記実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた構成を例にとって説明したが、その他の様々な冷媒を用いてもよい。また、高温側水冷媒熱交換器および低温側水冷媒熱交換器は、図示された具体的な構成に制限されるものではない。

また、上記実施の形態では、冷温側冷却液と高温側冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置の外でも交わらない構成を例にとって説明した。しかしながら、システム構成によっては、冷温側冷却液の通路と高温側冷却液の通路とが車両用ヒートポンプ装置の外で１本につながる構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、冷却液のポンプが車両用ヒートポンプ装置に備わる構成を例にとって説明したが、冷却液のポンプは車両温度調整システムに設けて、車両用ヒートポンプ装置から省いてもよい。

また、上記各実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置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。

以上のように、本開示の車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、温熱を輸送する高温側冷却液と、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、前記高温側冷却液を循環させる高温側冷却液系統と連通して前記高温側冷却液を収容する高温側リザーバタンクとを具備し、前記高温側リザーバタンクは、前記高温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触している。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記高温側リザーバタンクは、前記高温側水冷媒熱交換器の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有するようにしてもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記高温側リザーバタンクは、前記高温側水冷媒熱交換器の上面および側面を覆って前記高温側水冷媒熱交換器と接触していてもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記高温側リザーバタンクは、前記高温側冷却液を前記高温側冷却液系統から前記高温側リザーバタンクへ流入させる第１の連通部と、前記第１の連通部とは別に設けられ、前記高温側冷却液を前記高温側リザーバタンクから前記高温側冷却液系統へ流出させる第２の連通部とを有する。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記高温側リザーバタンクは、前記高温側冷却液系統と１つの連通部で連通し、当該連通部は、前記高温側冷却液を前記高温側冷却液系統から前記高温側リザーバタンクへ流入させると共に、前記高温側冷却液を前記高温側リザーバタンクから前記高温側冷却液系統へ流出させてもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記冷媒は二酸化炭素であってもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記高温側冷却液は、エチレングリコール水溶液、又は、プロピレングリコール水溶液であってもよい。

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
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
１０９ａ 内シェル
１０９ｂ 外シェル
１１６ 開口部
１１０ 低温側水冷媒熱交換器
１１１ 高温側水冷媒熱交換器
１１１ａ 冷媒の通路
１１１ｂ 冷却液の通路
１１１ｃ、１１１ｄ 冷媒室
１１２ 電動圧縮機
１１２ａ 電動モータ
１１２ｂ 圧縮機構
１１３ インバータ
１１４ 膨張弁
１１５ 受液器
１１５ｂ 導出管
１３０ 高温側リザーバタンク
１３１ 第１の連通部
１３２ 第２の連通部
２ 車両用空調装置
２００ 冷房用空気冷媒熱交換器
２０１ 暖房用空気冷媒熱交換器
２０２ ブロワファン
２０３ 切換ドア
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
ｆ 吸熱フィン
Ｆ 冷却液フィン

Claims (7)

1. 車両用ヒートポンプ装置であって、
   冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、
   温熱を輸送する高温側冷却液と、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、
   前記高温側冷却液を循環させる高温側冷却液系統と連通して前記高温側冷却液を収容する高温側リザーバタンクと、
   を具備し、
   前記高温側リザーバタンクは、前記高温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触している、
   車両用ヒートポンプ装置。
2. 前記高温側リザーバタンクは、
   前記高温側水冷媒熱交換器の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有する、
   請求項１記載の車両用ヒートポンプ装置。
3. 前記高温側リザーバタンクは、
   前記高温側水冷媒熱交換器の上面および側面を覆って前記高温側水冷媒熱交換器と接触している、
   請求項１または請求項２に記載の車両用ヒートポンプ装置。
4. 前記高温側リザーバタンクは、
   前記高温側冷却液を前記高温側冷却液系統から前記高温側リザーバタンクへ流入させる第１の連通部と、前記第１の連通部とは別に設けられ、前記高温側冷却液を前記高温側リザーバタンクから前記高温側冷却液系統へ流出させる第２の連通部と、を有する、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。
5. 前記高温側リザーバタンクは、
   前記高温側冷却液系統と１つの連通部で連通し、当該連通部は、前記高温側冷却液を前記高温側冷却液系統から前記高温側リザーバタンクへ流入させると共に、前記高温側冷却液を前記高温側リザーバタンクから前記高温側冷却液系統へ流出させる、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。
6. 前記冷媒は二酸化炭素である、
   請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。
7. 前記高温側冷却液は、エチレングリコール水溶液、又は、プロピレングリコール水溶液である、
   請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。

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