JP2016022899A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器６の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用し、燃料消費量ベースで考えた効率が高い車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置は、車両内の熱源４を冷却する温水が流れる温水回路１と、圧縮機２で圧縮された冷媒が流れるヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３とを備える。温水回路１は、温水を加熱する燃焼器６と、温水の熱を外気に放熱させるラジエータ７と、温水と車両内に送風される空調風との熱交換を行うヒータコア８とを備える。冷凍サイクル回路３は、ヒートポンプを構成する。制御装置１０は、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースでの効率を夫々算出する手段と、ヒートポンプと燃焼器６とのうち、算出された効率が良い方を優先的に作動させる効率選択手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両内の熱源の冷却水である温水を、燃焼器及びヒートポンプとなる冷凍サイクル回路などで加熱し、ヒータコアで空調風を暖め、車両内を暖房する装置であって、車両全体の燃費を向上させ得る車両用空調装置に関する。

従来、特許文献１に記載の車両用空調装置がある。この装置は、エンジン冷却水が流れる温水回路に水冷媒熱交換器を設けている。そして、水冷媒熱交換器には、冷凍サイクル回路からの高温高圧の冷媒が流されることにより冷凍サイクル回路を用いて暖房運転に必要な温水温度を急速に立ち上げている。

特開平６−１８３２４９号公報

上記特許文献１のヒートポンプは、空気から熱をくみ上げるため、暖房効率が良い。ここで、機器に入力されたエネルギによって、どれだけのエネルギを出力できるかを数値で示した成績係数を考えると、理論上ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）は１．０以上となり、成績係数が０．８程度の燃焼器よりも効率が良い。

また、送風系のファンやブロワなどの入力電気エネルギを考慮しても、車両用空調装置では、外気温度がマイナス１０℃程度以上の温度帯である一般的温度条件下においては、ヒートポンプの方が燃焼器より入力エネルギベースの効率が良い。

ただし、ヒートポンプは、外気が低下することによって能力及び効率が低下する。また、ヒートポンプ内の送風系であるファンやブロワは電気で作動するため、燃料消費量ベースでヒートポンプの効率を考えた場合、この燃料消費量ベースの効率は、ヒートポンプの入力エネルギベースで考えた効率よりも更に低下する。

エンジンの出力をエンジンに投入した燃料のエネルギで割った効率は０．３程度である。エンジン動力で発電される発電機（オルタネータ）の効率は０．６である。従って、エンジンにより駆動される発電機の燃料消費量ベースでの発電効率、つまり、発電機の出力を発電するために消費した燃料のエネルギで割った燃料消費量ベースの発電効率は、約０．１８（０．６×０．３）である。従って、ヒートポンプが電動圧縮機で駆動されるものであれば、そのことも燃料消費量ベースでの効率低下の要因となる。

また、エンジンから軸動力を得て駆動される圧縮機でヒートポンプが駆動されるエンジン駆動のヒートポンプであっても、前述の通り、ヒートポンプ内の送風系は電動であり電力を消費する。そのため、運転条件によっては、燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器の方が高効率となる場合が発生する。

ところが、従来のヒートポンプを使用した車両用空調装置においては、燃料消費量ベースでの効率を考慮して比較していないため、燃料消費量ベースでの効率を考慮した場合に、燃焼器の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用した装置ではなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、燃料消費量ベースで考えた効率が高い、燃焼器とヒートポンプとを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。

従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、車両用空調装置は、車両内の熱源（４）を冷却する温水が流れる温水回路（１）と、圧縮機（２）で圧縮された冷媒が流れるヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路（３）とを備える。温水回路（１）は、熱源（４）に冷却水となる温水を流すウォータポンプ（５）と、温水を加熱する燃焼器（６）と、温水の熱を外気に放熱させるラジエータ（７）と、温水と車両内に送風される空調風との熱交換を行うヒータコア（８）とを備える。冷凍サイクル回路（３）は、冷媒を加圧する圧縮機（２）と、車両外部の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器（１３）と、空調風を温度調節する室内熱交換器（１４）とを備えてヒートポンプを構成する。制御装置（１０）は、冷凍サイクル回路（３）と燃焼器（６）との燃料消費量ベースでの効率を夫々求める手段（ステップＳ２０５）を有する。また、制御装置（１０）は、ヒートポンプと燃焼器（６）とのうち、求められた効率が良い方を優先的に作動させる効率選択手段（ステップＳ２０８〜ステップＳ２１４）を備える。なお、燃料消費量ベースでの効率は、単位時間あたりに消費する燃料が発生するエネルギ量のうちどれだけを暖房用空調風に与えられるかを表す。

この発明によれば、その時の外気温度を含む運転条件からヒートポンプと燃焼器との燃料消費量ベースの効率を夫々求め、ヒートポンプと燃焼器とのうち求められた効率が良い方を優先的に作動させる。よって、燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用できる。そして、燃料消費量ベースで考えた場合に効率が高い燃焼器の運転とヒートポンプとの運転状態とを組み合わせることができる。その結果として、燃料消費量が少ない車両用空調装置を提供できる。

なお、第１実施形態の構成では暖房時に室内熱交換器１４で温度調節は行えない。室内熱交換器１４は、冷房時にはエバポレータとして温度調節し、暖房時には除湿用のエバポレータとして作用する。つまり第１実施形態の室内熱交換器１４は、コンデンサとしては使用できない回路構成になっている。

暖房は水冷媒熱交換器で冷却水に放熱し、ヒータコアで車室内を暖房する。つまり、水加熱式として、ヒートポンプと燃焼器とは、ともに冷却水を温め、同じヒータコア８から空調風に放熱する。

なお、第１実施形態で実際に除湿する場合は、エバポレータで冷却した空気を温水が流れるヒータコアで加熱する周知のリヒート作用が必要になる。図１は、基本的にヒータコア８と同じ温水リヒート用の熱交換器、及びヒータコアを通る空気量を制御するエアミックスダンパは省略して図示されている。

なお、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の第１実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。 上記第１実施形態における制御装置の制御を示すフローチャートである。 上記第１実施形態における制御装置のウォームアップ制御の詳細を示すフローチャートである。 上記第１実施形態における制御装置の電力優先制御の詳細を示すフローチャートである。 上記第１実施形態における制御装置の電力優先処置の詳細を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における制御装置の燃料優先制御の詳細を示すフローチャートである。 上記第１実施形態における制御装置の燃料優先処置の詳細を示すフローチャートである。 上記第１実施形態における車両用空調装置のバス車両内での高さ方向の配置を説明する説明図である。 上記実施形態におけるメイン燃料タンクの燃料残量を計測する手段を説明する説明図である。 本発明の車両用空調装置の第２実施形態における全体構成図である。 上記第２実施形態におけるバイパス回路に設けられたバイパス弁制御のフローチャートである。 上記第２実施形態における車両用空調装置のバス車両内での高さ方向の配置を説明する説明図である。 本発明の第３実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。 上記第３実施形態における冷凍サイクル回路の平面配置図である。 本発明の第４実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図９を用いて詳細に説明する。この第１実施形態にかかわる車両は、車両の駆動系にバッテリの電力で回転する電動機を使用している。エンジン動力によっても駆動力を発生することができる。温水回路の温水を加熱する熱源は、水冷内燃機関からなるエンジンである。またエンジン動力で発電しバッテリを充電できる。

図１は、本発明の第１実施形態にかかわる車両用空調装置の全体構成図である。この第１実施形態は、冷凍サイクル回路３からなるＨ／Ｐと略称されるヒートポンプと燃焼器６とを持つ。

車両内を暖房する際に、ヒートポンプを成す冷凍サイクル回路３と燃焼器６との内、燃料消費が少ない、つまり燃料消費量ベースでの効率が高い方から優先して作動させるものである。ヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３は燃焼器６にて加熱される温水回路１を、水冷媒熱交換器１５を介して加熱するように構成されている。本発明において水冷媒熱交換器１５は必須ではないが、第１実施形態は水冷媒熱交換器１５を有効に利用している。

図１において、車両用空調装置は、車両内の熱源４を冷却する温水が流れる温水回路１と、圧縮機２で圧縮された冷媒が流れるヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３とを備えている。車両内の熱源４は、車両の駆動力を生み出す内燃機関からなるエンジンである。温水回路１はこのエンジンを水冷する水（不凍液からなる）を流す回路である。

温水回路１は、熱源４に温水を流すウォータポンプ５と、温水を加熱する燃焼器６と、温水の熱を外気に放熱させるラジエータ７と、温水と車両内に送風される空調風との熱交換を行うヒータコア８とを備える。

ウォータポンプ５は電動機でインペラを回転させエンジン冷却用の温水を循環させる。燃焼器６は燃料を燃焼させるバーナを持ち、温水回路１を流れる温水を加熱する。燃焼器６は、熱源４となるエンジンとは別の燃料タンクから成る燃焼器用燃料タンク６ｔから燃料の供給を受ける。

ラジエータ７は周知のように高温となった温水回路１の温水の温度を下げるために車両外部の空気である外気と熱交換する。ラジエータ７には図示しないが、ラジエータ電動ファンが付属しておりラジエータ７のフィンに外気が流れる。

ヒータコア８は、空調用ダクト内を塞ぐように設けられ、空調用ブロワにより送風されてきた外気又は車両内の循環風である内気を加熱する熱交換器である。なお温水回路１のラジエータ７への流量を制御するサーモスタット等は図示が省略されている。

冷凍サイクル回路３は、冷媒を加圧する圧縮機２と、車両外部の空気と熱交換を行う室外熱交換器１３と、空調風を温度調節する室内熱交換器１４と、余剰の冷媒を蓄えるアキュムレータ９等とを備える。

車両には、車輪を駆動する電動機３２に電力を供給するバッテリ２５が搭載されている。このバッテリ２５の状態であるバッテリ電圧と、バッテリ温度と、バッテリ残量等を管理するバッテリマネジメントユニット２６が車両内に搭載されている。従って、制御装置１０は、バッテリマネジメントユニット２６を介してバッテリ２５のバッテリ残量を把握することができる。電動機３２は、電動機制御回路３１を介してバッテリ２５から給電される。

次に、第１実施形態の逆止弁３５と電磁弁３６、３７等の作用について述べる。この冷凍サイクル回路３では以下の４つのモードがある。

冷房及び冷房除湿モードでは、水冷媒熱交換器１５及び室外熱交換器１３で放熱し、室内熱交換器１４で吸熱する。そのために電子膨張弁１１は全開、電子膨張弁１２は流量調整し、エバポレータとして機能する室内熱交換器１４の温度を制御する。電磁弁３７は閉、電磁弁３６は閉とする。

暖房モードでは、水冷媒熱交換器１５で放熱し、室外熱交換器１３で吸熱する。そのために電子膨張弁１１は流量調整し、エバポレータとして機能する室外熱交換器１３の温度を制御する。電子膨張弁１２は閉とする。なお、室内熱交のブロワが止まっていても、自然対流で若干熱交換してしまう。電子膨張弁１２が開であると室内熱交換器に冷媒の流れができてしまうため、熱交換量が増えてしまい悪化の方向に作用する。そのため、電子膨張弁１２は閉とする。また、電磁弁３７は閉、電磁弁３６は開とする。

暖房除湿モードでは、水冷媒熱交換器１５で放熱し、室外熱交換器１３及び室内熱交換器１４で吸熱する。そのために電子膨張弁１１は流量調整し、エバポレータとして機能する室外熱交換器１３の温度を制御する。電子膨張弁１２も流量調整する。電磁弁３７は開とする。電磁弁３６も開とする。

除霜モードでは、水冷媒熱交換器１５で吸熱又は何もせず、室外熱交換器１３で放熱する。そのために電子膨張弁１１は全開とする。電子膨張弁１２は閉とする。電磁弁３７は閉とする。電磁弁３６は開とする。

このうち暖房除湿モードにおいて、逆止弁３５がないと、圧縮機２→水冷媒熱交換器１５→電磁弁３７→（逆止弁部）→電磁弁３６→アキュムレータ９→圧縮機２という回路が形成されてしまうことから、この部位に逆止弁３５を設けている。

図２のように、制御装置１０は、車両外部の外気温度を含む運転条件から、ヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースでの効率を夫々求める手段（ステップＳ２０５）を有する。冷凍サイクル回路３は圧縮機２で加圧され高温になった冷媒の熱で水冷媒熱交換器を介して温水回路１の温水を加熱し、温水を流れるヒータコア８を介して空調風を加熱する。なお、第１実施形態の構成では室内熱交換器１４はコンデンサにならず、エバポレータとしてのみ機能する。第１実施形態は水加熱式なので、温水回路を加熱している。後述する図１５のような空気加熱式の場合は、室内熱交換器１４はコンデンサになり、空調風を加熱する機能を持つ。

燃焼器６は、まず温水回路１の温水を加熱し、温水が流れるヒータコア８を介して空調風を加熱する。このような暖房機器となる冷凍サイクル回路３からなるヒートポンプと燃焼器６とのうち、算出された効率が良い方を優先的に作動させる図２の効率選択手段（ステップＳ２０８〜ステップＳ２１４）を制御装置１０内に備える。

図１において、冷凍サイクル回路３と燃焼器６とがある場合に、効率がよいものから優先的に作動させる。なお、暖房機器が冷凍サイクル回路３と燃焼器６のように２組でなく、たとえば電気ヒータを含めた３組以上存在する場合も同様に効率がよいものから優先的に作動させればよい。この場合、電気ヒータは燃料消費量ベースの効率が冷凍サイクル回路３よりも圧倒的に悪いため、常に冷凍サイクル回路３の効率＞電気ヒータの効率となると考えられる。

制御装置１０は、エアコンＥＣＵとして周知であり、内部に記憶手段としてのメモリと、演算手段としてのＣＰＵとを備える。そして、操作パネルによって設定された車室内の設定温度等の情報と外気温度、内気温度、日射量等のセンサ情報とから圧縮機２の制御や第１電子膨張弁１１、第２電子膨張弁１２等の制御を行う。

なお、前述の通り、室内熱交換器１４は、第１実施形態の回路構成ではコンデンサになりえない。

この第１実施形態によれば、その時の外気温度を含む運転条件から冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースの効率を夫々算出する。そして、冷凍サイクル回路３と燃焼器６とのうち算出された効率が高い方を優先的に作動させる。そのため、燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器６の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用できる。そして、そのような場合において、燃料消費量ベースで考えた場合に効率が高い燃焼器６の運転と、冷凍サイクル回路３との運転とを組み合わせ、燃料消費量が少ない車両用空調装置を提供できる。

なお、室内熱交換器１４はコンデンサにならないので、室内熱交換器１４で暖房はできない。なお、この第１実施形態では温水回路１と、冷凍サイクル回路３との間に設けられ、冷媒と温水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器１５を備える。このように水冷媒熱交換器１５を備えることにより、冷凍サイクル回路３の熱で温水回路１を加熱して暖房を行う方式を水加熱式と呼ぶ。この方式は、水冷媒熱交換器１５を持たない空気加熱式（後述の図１３又は図１５）と対比される。水冷媒熱交換器をもたない場合は、図１３か図１５の構成（空気加熱式）として構成しないと暖房できない。

空気加熱式のメリットは、直接空気を暖めるため暖房の効率が良い点にある。また、水加熱式と比べ、水を温める必要がないので即効性がある。更に、車両側の回路と切り離せるので、車両への架装が容易である。

逆に、デメリットは、バス車両のレイアウトの場合、空気加熱式だと暖房用の熱交換器が天井配置になるため、暖房風の吹き出しが天井になり、頭寒足熱とはならず、快適性に難がある。また暖かい空気は上方へ集まるため、天井吹出しの場合、サーキュレーターなどが別途必要になる。

一方、第１実施形態のような水加熱式のメリットは、従来の暖房機能と同様に車両下方からヒータコア８で温められた暖房風を吹出すため快適性が良好である。また、冷凍サイクル回路３による冷房運転時に、冷媒側から温水回路１の温水へ熱を一部渡すことで、温水回路１のラジエータ７を室外コンデンサの一部として使用可能である。そのため、冷房時の効率が向上する。

更に、今後の熱マネジメントへの展開が容易である。たとえば走行用バッテリを搭載した車両におけるバッテリの温度調整装置などの温水回路を介した排熱回収に対応しやすい。加えてエンジンのプレヒートに冷凍サイクル回路３による温水加熱が利用可能である。

一方、水加熱式のデメリットとして、即効性や冷凍サイクルとしての効率が空気加熱式に比べて劣る点があげられる。

なお、水加熱式の場合において、暖房時にエバポレータを構成する室外熱交換器１３はバス車両の天井搭載となる。また、除湿用エバポレータとして作動する室内熱交換器１４も、天井搭載となる。また圧縮機２は、電動式の場合は天井搭載であるが、熱源４となるエンジンからベルトを介して圧縮機２が駆動される場合には、圧縮機２はエンジンルームへの搭載となる。

次に、図２において制御を説明する。制御がスタートすると、ステップＳ２０１で内気センサからの室内温度Ｔｒと、設定温度Ｔｓｅｔから所定温度差Ｔｐを減算した値とを比較する。室内温度Ｔｒが、設定温度Ｔｓｅｔから所定温度差Ｔｐを減算した値よりも大きいときは、暖房不要と判定され、ステップＳ２０２に進み、燃焼器６とヒートポンプを成す冷凍サイクル回路３は共にＯＦＦとされ圧縮機２は停止する。

一方、室内温度Ｔｒが設定温度Ｔｓｅｔから所定温度差Ｔｐを減算した値よりも大きくないときは、暖房が必要と判定される。この場合は、ウォームアップ制御手段を成すステップＳ２０３に進み、車室内温度を急激に立ち上げるウォームアップが必要か否かのウォームアップ制御を行う。ウォームアップが必要な場合は，後述するウォームアップ処置を実行する。ステップＳ２０３におけるウォームアップ制御についての詳細フローチャートは後述する。

次に、暖房に必要な必要能力を図２のステップＳ２０４で計算する。これは現時点でのセンサが検出した内気温度と設定温度との偏差、日射量等から必要な暖房能力を演算する。

次にステップＳ２０５において、その時の冷凍サイクル回路３の暖房能力と燃焼器６の暖房能力及びその能力を出すための燃料消費量ベースでの効率を演算する。この効率は、単位時間あたりに消費される燃料がもつエネルギ当たりの暖房能力（たとえばＷ）を表すものであれば単位は何でも良い。

電動機で圧縮機が回転する場合、電動機の回転出力となるまでに使用される燃料のエネルギを１とすると電動機の回転出力は前述のように０．１８（０．３×０．６）である。最終的にその時の冷凍サイクル回路の圧縮機の回転数は周知の圧縮機の回転数制御により導かれる。

またその回転数により、冷凍サイクル回路３から発生する熱が水冷媒熱交換器１５を介して温水へ伝えられる際に、水冷媒熱交換器１５の効率を考慮する必要がある。加えて、冷凍サイクルの運転にはブロワ、ファンの回転が必要でありこれらの送風機器の電力の使用でもエンジンに供給される燃料が消費されることを考慮しなければならない。その上で全体として、燃料の消費量に対してどれだけの暖房能力が得られるかの計算を行うか、あらかじめ実験で求めたマップを用いて燃料消費量ベースの効率を求めても良い。なおマップ作成のパラメータとしては外気温度、内気温度、エンジン回転数が適している。

この、エンジン回転数とプーリ比から圧縮機回転数が算出できる。これらのパラメータで冷凍サイクル回路の状態が決まるので冷凍サイクルの効率が算出できる。

なお、燃焼器６の暖房能力及びその能力を出すための燃料消費量ベースでの効率は、計算によらずデータを読み込むことで対応しやすい。ただし、燃焼器のメーカのデータと、燃焼器が発生した熱を空調風の熱に変換するヒータコアの熱交換器としての効率とを考慮しなければならない。また温水を流動させ、温風を吹出すためにウォータポンプとファンを回転させる必要がありこれのために必要な電力、その電力を得るためにエンジンが消費する燃料量を考慮する必要がある。

そして最終的に、合計の燃料量で燃焼器の運転によって、暖房風に与えられた単位時間あたりのエネルギを求め、このエネルギ量を合計の燃料量で除算して燃料消費量ベースの効率を求める。

例えば、外気温度−１０度、車内温度２０度の条件において、ある車両の熱負荷は１５ＫＷとなる。この時、エンジン回転数と外気温度、車内温度からヒートポンプの冷凍サイクル効率が例えば２．５と算出される。

すなわち、圧縮機の動力として、６．０ＫＷ要する。単位時間当たりにエンジンに投入される燃料がもつエネルギのうち３０％が軸動力として出力されるという仮定の下では、単位時間当たりの燃料エネルギとして２０ＫＷ必要となる。他にもファン動力を０．６ＫＷ、ブロワ動力を０．４ＫＷとし、オルタネータの効率を０．６とすると、合わせて１．７ＫＷの軸動力を要する。燃料としては約５．６ＫＷとなり、圧縮機の分と合わせて２５．６ＫＷが必要である。

また、燃焼器では、１５ＫＷの能力を出すためには効率を０．８として約１８．８ＫＷの燃料エネルギを要する。また、燃焼器の作動に付随するウォータポンプやブロワの電力を合わせ約０．９ＫＷとなる。これはオルタネータの軸動力では１．５ＫＷであり、燃料としては５．０ＫＷとなる。合計すると燃焼器では１５ＫＷの暖房能力を出すために約２３．８ＫＷとなり、燃焼器の方が燃料消費量ベースで効率が良いことになる。

なお計算は概算でよく、細かいデータ、たとえば熱交換器の風速分布等は省略することができる。また燃焼器の場合は、その都度計算せず、固定値として０．８のように決定しておいても良い。

図２におけるステップＳ２０３のウォームアップ処置は、効率に係らず冷凍サイクル回路３と燃焼器６との両方を起動する。このため、これら冷凍サイクル回路３と燃焼器６とは同時にＯＮする。実際のシーケンス制御の場合、必ず順番ができてしまうが、どういう順番で行ってもよい。

次に、図２のステップＳ２０６において、電力消費を少なくすることが優先される電力優先制御を行う。この第１実施形態の車両は、走行用電動機がバッテリの電気エネルギを使用して駆動される。従って、バッテリの残量を検出して制御される。この電力優先制御については後述する。

次にステップＳ２０７において、メイン燃料タンクの燃料を優先するメイン燃料タンク燃料優先モードか否かの判定を行う。ここでは、エンジンに燃料を供給するメイン燃料タンク内の燃料残量に余裕があるか否かの判定を行う。メイン燃料タンク内の燃料残量に余裕がないときはステップＳ２１０のメイン燃料優先処置が実行される。メイン燃料タンク内の燃料残量に余裕があるか無いかの判定及びメイン燃料優先処置については後述する。

更にステップＳ２０８において、燃料消費量ベースでの冷凍サイクル回路３の暖房効率と燃料消費量ベースでの燃焼器６における暖房効率との比較を行う。

なお、エンジンに投入される燃料のエネルギから室内へ吹出す温風として投入されるエネルギの効率を算出するには、次の事項を考慮して演算する。

冷凍サイクル回路３から温水回路１の温水に熱を伝達する場合においては、まず外気温度とエンジン冷却水温度（温水温度）を検出する。また温水流量をエンジン回転数、又はウォータポンプ５の仕様から判定する。

それらと合わせ、室外熱交換器１３と水冷媒熱交換器１５の仕様及び圧縮機２の仕様、及び圧縮機２の回転数から、冷凍サイクル回路３がバランスして安定した運転状態になった状態を求める。

これにより、圧縮機２の入力に対する温水回路１への放熱効率を算出できる。これは、その都度計算しても良いし、前もって実施した試験結果から効率マップを作成しておき、マップを参照する形で演算しても良い。

圧縮機２が電動の場合は、電動圧縮機の回転数は可変である。つまり制御装置１０から回転数の指示が可能であり、エンジン回転数によらない。しかし、室内温度、設定温度、外気温度から車両室内を暖房する必要能力が決まるため、この必要能力から電動圧縮機の必要回転数が決まる。

温水回路１の熱を室内に吹き出す空調風に伝える場合は、ヒータコア８の仕様と温水流量と、検知された室内温度と、ヒータコア８の風量とから室内へ輸送される熱量を算出する。

エンジンの動力を用いて冷凍サイクル回路３を作動させる場合で、かつ、圧縮機２がエンジンからのベルト駆動の場合には、冷凍サイクル回路３の入力エネルギは、エンジンの効率を考慮して、エンジンへ投入される燃料エネルギの約３０％程度となる。

エンジンの動力を用いて発電機となるオルタネータを作動させる場合で、かつ圧縮機２が電動式の場合がある。この場合においては、燃料エネルギの約３０％の軸動力を用いてオルタネータを作動させ、発電効率約６０％でオルタネータから電気エネルギを得るとして燃料消費量ベースの効率を計算する。

その他の電動機能品、主に、室外熱交換器用電動ファン、エバポレータに送風する電動ブロワの場合、まず、入力エネルギを計算し、夫々の電動機能品の消費電力は事前に測定したデータを使用するのが良い。この場合、例えば電動ファン送風時のハイモードでは何ワット消費などのデータをマップとしてメモリに記憶しておくと良い。

また、燃焼器６の効率は、外気温度等によらず、約０．８程度とする。以上より、エンジンに投入される燃料のエネルギから冷凍サイクル回路３の運転によってバス車両の室内に必要な暖房を実現すべく吹出す温風として投入されるエネルギの燃料消費量ベースでの効率を算出することができる。

またエンジンに投入される燃料のエネルギから燃焼器６の運転によってバス車両の室内に必要な暖房を実現すべく温水回路１のヒータコア８から吹出す温風として投入されるエネルギの燃料消費量ベースでの効率を算出することができる。

燃料消費量ベースでの冷凍サイクル回路３の暖房効率の方が燃料消費量ベースでの燃焼器６における暖房効率よりも良く、冷凍サイクル回路３で車室内を暖房した方が燃焼器６で車室内を暖房するよりも燃料消費量が少ないと判定される場合がある。

この場合は、図２のステップＳ２０９に進む。このステップＳ２０９では、ステップＳ２０４で演算された必要暖房能力に対して冷凍サイクル回路３の暖房能力が大きいか否かを判定する。ステップＳ２０９において必要暖房能力に対して冷凍サイクル回路３の暖房能力が大きい場合はステップＳ２１０において冷凍サイクル回路３をＯＮして運転し、燃焼器６の運転はＯＦＦする。

一方、ステップＳ２０９において、必要暖房能力に対して冷凍サイクル回路３の暖房能力が大きくない場合は、冷凍サイクル回路３だけだと能力不足と判定し、ステップＳ２１１において冷凍サイクル回路３をＯＮして運転し、かつ燃焼器６の運転もＯＮとする。

なお、ステップＳ２０８において、たとえば外気温が低く冷凍サイクル回路３の効率が悪くて、燃料消費量ベースでの冷凍サイクル回路３の効率の方が燃料消費量ベースでの燃焼器６における暖房効率よりも良いとは言えない場合がある。

この場合は、燃焼器６の方が、効率が良いと判定される。このときは、ステップＳ２１２に進み、ステップＳ２０４で演算された必要暖房能力に対して燃焼器６の暖房能力が大きいか否かを判定する。

ステップＳ２１２において必要暖房能力に対して燃焼器６の暖房能力が大きい場合は、ステップＳ２１６において冷凍サイクル回路３をＯＦＦして運転せず、燃焼器６の運転はＯＮにする。

一方、ステップＳ２１２において、必要暖房能力に対して燃焼器６の暖房能力が大きくない場合は、燃焼器６だけだと能力不足と判定し、ステップＳ２１４において冷凍サイクル回路３をＯＮして運転し、かつ燃焼器６の運転もＯＮして運転する。

以上のように、制御装置１０は、車両外部の外気温度を含む運転条件から、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースでの効率を夫々求める手段（ステップＳ２０５）を有する。このステップＳ２０５は、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との、単位時間あたりに消費する燃料のエネルギ量をどれだけ暖房用空調風に与えられるかという、燃料の消費量ベースでの効率を夫々求める手段を構成する。

また、制御装置１０は、冷凍サイクル回路３と燃焼器６とのうち、算出された効率が良い方を優先的に作動させる効率選択手段（ステップＳ２０８〜ステップＳ２１４）を有する。

この第１実施形態の冷凍サイクル回路３は、水冷媒熱交換器１５を持ち、温水回路１と熱的に接続されている。つまり冷凍サイクル回路３は、水加熱式である。換言すれば、第１実施形態の車両用空調装置は、車両内の熱源を冷却する温水が流れる温水回路１と、圧縮機２で圧縮された冷媒が流れるヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３とを備える。

その上で、温水回路１と、冷凍サイクル回路３との間に設けられ、冷媒と温水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器１５を備える。

よって、上記ステップＳ２１４、ステップＳ２１７のように冷凍サイクル回路３と温水回路１の両方で車室内を暖房できる。また、温水温度が低いとき、温水温度を冷凍サイクル回路３の働きで上昇させて、温水回路１のヒータコア８による暖房効率を高めてから冷凍サイクル回路３と温水回路１との両方で効率の良い車室内の暖房が可能となる。なお、第１実施形態の水冷媒熱交換器１５は、車両の床下に設置される。

次に、図２のステップＳ２０３のように、制御装置１０において、温水の温度を早急に立ち上げ、早急な暖房性能の向上を図るウォームアップ能力を要求される場合がある。この場合には、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との両方を作動させることにより、ウォームアップ能力を向上させる。

これによれば、ウォームアップ能力を要求された場合、たとえば、温度が低い熱源４の始動時等の場合において、必要とされる能力にかかわらず、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との両方を作動させることにより、温水の温度を急速に立ち上げることができる。

なおウォームアップ能力を要求される場合とは、暖房要求時に温水温度が低い場合などに発生する。これが発生するのは、温水温度、温水熱容量、冷凍サイクル回路３の能力、燃焼器６の能力等から通常の運転モードでは所定の時間内に所定の吹出温度に到達しないと判断された場合である。このような場合は、自動でウォームアップモードに変更する。

すなわち、図３において図２のステップＳ２０３の処理がスタートすると、制御装置１０は、メモリ内の必要な温水温度等のパラメータを参照する。そしてステップＳ２０３１のように、所定の空調風の吹出温度となるまでの必要時間Ｔ２を算出する。

次に、ステップＳ２０３２において、必要時間Ｔ２と所定時間Ｔ１とを比較し、必要時間Ｔ２が所定時間Ｔ１より長ければウォームアップが必要と判断し、ステップＳ２０３３のウォームアッ処理を実行する。つまり、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との両方をＯＮ作動させることにより、温水の温度を急速に立ち上げる。

次に、図２のステップＳ２０６について説明する。第１実施形態の車両はハイブリッド車両であり、車両の駆動系にバッテリ２５の電力で回転する電動機３２を使用しており、エンジン動力によっても駆動力を発生することができる。またエンジン動力で発電し、バッテリ２５を充電できる。

制御装置１０には、バッテリ２５の充電状態を確認し電力が不足しているか否かを判定する図４の残電力量判定手段（ステップＳ２０６１）を有する。また、制御装置１０には、燃焼器６と冷凍サイクル回路３との消費電力を演算又は検出する手段を有する。かつ制御装置１０には、電力量が不足していると判定された場合に、優先的に電力使用量が小さくなる燃焼器６と冷凍サイクル回路３とのいずれか一方を選択して作動させる図５の電力選択手段（ステップＳ２０６２２〜ステップＳ２０６２８）を備える。以下これについて詳述する。

図２及び図４において、ステップＳ２０６の電力優先制御が開始されると、まず、図４のステップＳ２０６１において、バッテリ残量ＡＨ２と所定残量ＡＨ１とを比較する。その結果、バッテリ残量ＡＨ２が所定残量ＡＨ１よりも多くなく、バッテリに余裕がないと判断されたときは、ステップＳ２０６２の電力優先処置を実行する。

図５は電力優先処置の詳細を示す。まずステップＳ２０６２１において、冷凍サイクル回路３の消費電力を算出する。なお、冷凍サイクル回路３の消費電力の算出のために、ファン、ブロワといった電動機能品の消費電力はデータとしてメモリに格納しておく。たとえば、ファンの送風モードがハイモードでは何ワット消費という多数のデータを含むマップをメモリに格納している。また、電動圧縮機の消費電力は、冷凍サイクルの状態に左右される。よって、その時の外気温度等の環境条件から算出するか、実験であらかじめ求めた値をマップから参照する。

なお、この第１実施形態では、圧縮機２に電動圧縮機を使用しているが、ベルト駆動の圧縮機２であれば、圧縮機２の消費電力はゼロになる。ただしベルト駆動の圧縮機２を動かすということはエンジンを動かしエンジンで燃料を消費することになる。また、燃焼器６の消費電力は、最初からデータとして持っておく。燃焼器６の消費電力は、ウォータポンプ５とヒータコア８のブロワ消費電力をも加算して算出する。

次に、図５のステップＳ２０６２２において、メモリにあらかじめ記憶している燃焼器６の消費電力と、算出した冷凍サイクル回路３の消費電力とを比較する。燃焼器６の方が、消費電力が小さい場合、ステップＳ２０６２３に進み、燃焼器６による暖房能力が必要暖房能力より大きいか否かを判定する。燃焼器６による暖房能力が必要暖房能力より大きい場合は、ステップＳ２０６２４において、冷凍サイクル回路３をＯＦＦし、燃焼器６だけがＯＮされる。

ステップＳ２０６２３において、燃焼器６による暖房能力が必要暖房能力より大きくない場合は、燃焼器６だけでは暖房能力が不足しているため、ステップＳ２０６２５において冷凍サイクル回路３と燃焼器６の両方を運転状態にする。

なお、ステップＳ２０６２２において、冷凍サイクル回路３の方が、燃焼器６より消費電力が大きくない場合、ステップＳ２０６２６に進み、冷凍サイクル回路３による暖房能力が必要暖房能力より大きいか否かを判定する。冷凍サイクル回路３による暖房能力が必要暖房能力より大きい場合は、ステップＳ２０６２７において冷凍サイクル回路３をＯＮし、燃焼器６をＯＦＦする。

一方、図６のステップＳ２０６２６において、冷凍サイクル回路３による暖房能力が必要暖房能力より大きくない場合は、冷凍サイクル回路３だけでは暖房能力が不足する。そのため、ステップＳ２０６２８において、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との両方をＯＮにする。

この図６の制御によれば、バッテリの残電力量が比較的少ない場合に、優先的に電力使用量が小さくなる燃焼器６と冷凍サイクル回路３とのいずれか一方を選択して作動させるから、バッテリの残電力消耗を抑制できる。

次に、図２のステップＳ２０７におけるメイン燃料タンクの燃料を優先して残存させる燃料優先制御について詳述する。まず、図６のステップＳ２０７１において、メイン燃料タンク内の燃料残量Ｌ２とあらかじめ設定している所定残量Ｌ１とを比較し、メイン燃料タンク内の燃料残量に余裕があるか無いかの判定を行う。メイン燃料タンク内の燃料残量に余裕がないときはステップＳ２０７２のメイン燃料優先処置が実行される。

この第１実施形態の燃焼器６は、自身が消費する燃料を蓄える第１実施形態の燃焼器用燃料タンク６ｔから燃料の供給を受けるものである。メイン燃料タンク２０とは、熱源４を成すエンジンを駆動させるための燃料を蓄える図９の燃料タンクのことである。このメイン燃料タンク２０の燃料残量を計測する計測手段２１を備える。この計測手段２１は周知の燃料計の一部で構成される。

このメイン燃料タンクの燃料残量を計測する計測手段２１は、たとえば図９のように燃料タンク２０に取り付けられた燃料計の一部からの信号線からの信号を直接制御装置１０で受信してもよい。あるいは、ダッシュボードのメータ内の燃料計を駆動するメータＥＣＵから多重信号線を介して燃料残量を示す信号を受信してもよい。

制御装置１０は、エンジンを駆動させる燃料が減少していると判定した場合（図６のステップＳ２０７１でＮＯの場合）、ステップＳ２０７２に進む。このステップＳ２０７２にて、暖房機器の内、燃焼器用燃料タンク６ｔから燃料の供給を受ける燃焼器６による暖房を冷凍サイクル回路３による暖房よりも優先させる。このことは、効率の良し悪しにかかわらず行われる。つまり、エンジンを駆動させる燃料を蓄えるメイン燃料タンク２０からの燃料の消費よりも、燃焼器用燃料タンク６ｔから燃料を優先して消費させる手段（ステップＳ２０７２）を備える。

このステップＳ２０７２は図７に示すように、まず、ステップＳ２０７２１において、燃焼器６の暖房能力が必要暖房能力より大きいか否か、つまり燃焼器６だけで暖房をまかなえるか否かを判定する。燃焼器６の暖房能力が必要暖房能力より大きい場合は、ステップＳ２０７２２において冷凍サイクル回路３のヒートポンプをＯＦＦし、燃焼器６だけを優先的にＯＮする。燃焼器６の暖房能力が必要暖房能力より大きくない場合は、ステップＳ２０７２３において、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との両方をＯＮする。

このように外気温度、室内温度、設定温度から必要暖房能力、燃料消費量ベースのヒートポンプ運転効率を算出する。その上で、効率が良いものを優先的に作動させ、必要暖房能力に不足あれば、もう一方の優先しなかった方も作動させる。この実施形態は、車両全体での効率という観点から、作動条件を元に燃料消費量ベースの効率を概算し、機器の効率の良いもの、つまり燃料消費量の少ない方を優先して作動させ、車両全体の燃費を向上させることができる。

これによれば、熱源４となるエンジンを駆動させる燃料が減少している場合に、第１実施形態の燃焼器用燃料タンク６ｔの燃料を優先的に消費させることができる。その結果、熱源４となるエンジンにて消費される図９のメイン燃料タンク２０内の燃料の減少を抑制することができ、車両の走行可能距離を伸ばすことができる。

次に、図２の上記ステップＳ２０４、Ｓ２０９、Ｓ２１２に関係する必要能力（必要暖房能力）の算出について述べる。必要暖房能力は、必要な車両熱負荷とバランスする冷凍サイクル回路３の能力であり、必要な車両熱負荷は、外気温度、室内温度、日射量、車両の断熱特性、設定温度、乗客数などから決まる。

ただし全てのパラメータを正確に知ることは困難なため、簡易的に、車両の断熱性能は車両のサイズから概算する。なお、その都度計算するわけではなく最初からデータとして制御装置１０内のメモリに格納しておくと良い。そして、車両の内外温度から必要な車両熱負荷を算出する。

図８は、第１実施形態における車両用空調装置のバス車両内での高さ方向の配置を説明する説明図である。冷凍サイクル回路３はバス車両の天井部に設置される。一方、温水回路１はバス車両の下部に熱源４を成すエンジンと共に配置される。温水が流れるヒータコア８によって、車室内の乗員の足元に温風を吹出すことができる。

重量のある水冷媒熱交換器１５は、車両下部に配置される。よって冷凍サイクル回路３からの冷媒配管３ｈが、天井部から下部に延在している。

なお、第１実施形態では、冷凍サイクル回路３からなるヒートポンプと燃焼器６の組み合わせになっている。ヒートポンプシステム自体は、電気ヒータなどと比べ、大掛かりとなるが、これは従来の冷房用バスエアコンをヒートポンプとして使用できるように構成を変更させたもので、従来からのコスト変化という意味では大きなコスト増加にはならない。

また、ヒートポンプは、空気から熱をくみ上げるという特性上、入力動力での成績係数は１．０を超え、燃焼器６や電気ヒータよりも効率が良い。燃焼器６は、従来のバスエンジンの冷却水回路である温水回路１に設置される。燃焼器６は、エンジン始動時の昇温や冬場の暖房に幅広く使用されている。このためコストや効率を考えると燃焼器６とヒートポンプの組み合わせが、能力及び効率といった点から最適だと考えられる。

（第１実施形態の作用効果）
上記第１実施形態の作用効果をまとめれば、その時の外気温度を含む運転条件からヒートポンプと燃焼器６との燃料消費量ベースの効率を夫々算出する。そして、ヒートポンプと燃焼器６とのうち算出された効率が良い方を優先的に作動させる。

よって、燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器６の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用できる。そして、燃料消費量ベースで考えた場合に効率が高い燃焼器６の運転とヒートポンプの運転状態とを組み合わせ、燃料消費量が少ない車両用空調装置を提供できる。

またヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３は、空調風を温度調節する室内熱交換器１４を備える。温水回路１は温水と空調風との熱交換を行うヒータコア８を備える。そのため、ヒートポンプと温水回路１の両方で車室内を暖房できる。なお、この場合では、温水回路１と、冷凍サイクル回路３との間に設けられ、冷媒と温水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器１５は必須ではない。

更に、この第１実施形態によれば、その時の外気温度を含む運転条件から冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースの効率を夫々算出し、ヒートポンプをなす冷凍サイクル回路３と燃焼器６とのうち算出された効率が良い方を優先的に作動させる。

そのため、燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器６の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用できる。また、燃料消費量ベースで考えた場合に効率が高い燃焼器６の運転とヒートポンプとの運転状態とを組み合わせ、燃料消費量が少ない車両用空調装置を提供できる。これに加え、冷媒と温水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器１５を備えることにより、ヒートポンプと温水回路１との間で熱交換しながら、ヒートポンプと温水回路１との両方で効率の良い車室内の暖房が可能となる。

この第１実施形態によれば、水冷媒熱交換器は、車両の床下に設置される。従って、重量の大きい熱交換器を床下に設置するので車両の安定性が増し、搭載しやすく、かつ温水回路１搭載位置の上下変化を少なくして、温水を流すウォータポンプ５の消費動力を少なくすることができる。

また、冷媒側の圧損に比べ、温水側の圧損の方が車両燃費への影響が大きい。このため、水冷媒熱交換器１５を床下の温水回路１に近い側に設置し、温水回路１を短くする方が、圧縮機２の動力は上がるが、ウォータポンプ５と圧縮機２の動力の合計は小さくすることができる。また、天井側に配置する場合と比べ、冷媒側はガス、温水回路１は液体が流れるので、密度の差から温水側の配管を短くした方が車両の重量を軽くすることができる。

この第１実施形態によれば、ウォームアップ能力を要求された場合、たとえば、温水の温度が低い熱源４の始動時等の場合において、必要とされる暖房能力にかかわらず、ヒートポンプと燃焼器６との両方を作動させる。このことにより、温水の温度を急速に立ち上げることができる。

更に、この第１実施形態によれば、バッテリの残電力量が少ない場合に、優先的に電力使用量が小さい方の燃焼器６とヒートポンプとのいずれか一方を選択して作動させるから、電力使用量をセーブして走行可能距離をできるだけ確保することができる。

また、この第１実施形態によれば、エンジンを駆動させる燃料が減少している場合に、燃焼器用燃料タンク６ｔの燃料を優先的に消費させ、エンジンを駆動させる燃料の減少を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上記した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。なお、第２実施形態以下については、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。この第２実施形態は水冷媒熱交換器による温水と冷媒との熱交換を選択的に無効とするためのバイパス回路を持つものである。

図１０において、第２実施形態においては、水冷媒熱交換器１５をバイパスして冷媒を流すバイパス回路１５ｂ及びバイパス弁１５ｖを有する。これによれば、水冷媒熱交換器１５を介した冷凍サイクル回路３と温水回路１との間の熱の伝達が不要又は好ましくない場合に、バイパス回路１５ｂを通過して水冷媒熱交換器１５を冷媒がバイパスして流れる。そのため、水冷媒熱交換器１５を介した冷凍サイクル回路３と温水回路１との間の熱交換を阻止することができる。

たとえば、冷房運転時には、温水回路１の温水温度が冷凍サイクル回路３側の冷媒温度よりも高くなることがあり、その場合は、温水回路１から冷凍サイクル回路３へ熱が移動する状況ができてしまう。この時、バイパス回路１５ｂのバイパス弁１５ｖを開いて、バイパス回路１５ｂの方に冷媒を流す。それにより、水冷媒熱交換器１５での熱交換を防止することで、温水回路１から冷凍サイクル回路３への熱の移動を阻止する。これにより、図１０における冷房時において、室外コンデンサとなる室外熱交換器１３の放熱負荷が大きくなることを防ぐことができる。

また、水冷媒熱交換器１５を介した冷凍サイクル回路３と温水回路１との間の熱交換を阻止するために、水冷媒熱交換器１５をバイパスして温水回路１の温水が流れるようにすることも考えられるが、冷媒がバイパスするようにする方が小型化の点で効果がある。たとえば、配管径は温水回路１よりも冷媒側の圧縮機吐出配管の方が一般的に小さい。そのため、バイパス回路１５ｂを制御するバイパス弁１５ｖは、冷媒側に設けた方が弁径を小さくすることができる。

なお、冷房運転時は、常にバイパス回路１５ｂを通過させ水冷媒熱交換器１５を介した冷凍サイクル回路３と温水回路１との間の熱交換を阻止するようにしても車両用空調装置を構成することができる。しかし、冷凍サイクル回路３から温水回路１に熱を渡せる条件では、渡しておいた方が、効率が良い。この理由は、冷凍サイクル回路３からの放熱のために室外コンデンサとして作用するラジエータ７が活用できるためである。

また、図１２のように、水冷媒熱交換器１５は車両床下に設置される。水冷媒熱交換器１５が温水回路１に近い側である床下にあるため、水冷媒熱交換器１５への冷媒配管３ｈが車両の天井部から下部に至る長い構成となる。

そのため、冷媒側にバイパス回路１５ｂを設けることで、冷媒の流れる経路を大幅に短くすることができ、不要な圧力損失を低減し、冷凍サイクル効率を向上することができる。つまり、冷媒側でバイパスすることで冷媒が流れる経路を大幅に短くすることができ、不要な圧力損失を低減し、冷凍サイクル効率を向上することができる。

この場合、水冷媒熱交換器１５の冷媒側入口に図１０のように温度センサ１５ｃを設け、温水回路１の温水温度と比較し、冷媒側入口温度が温水温度よりも高い場合にバイパス弁１５ｖを開き、冷媒をバイパス回路１５ｂにバイパスさせる。

次に、図１１に基づいて、バイパス回路１５ｂに設けられたバイパス弁１５ｖの制御を説明する。図１１において、バイパス弁１５ｖの制御がスタートすると、ステップＳ１１１において、冷房運転モードか否かを判定する。冷房モードの場合は、ステップＳ１１２において、温水回路１の水温と圧縮機２が吐出した吐出冷媒温度である圧縮機吐出温度とを比較する。温水温度の方が高い場合は、ステップＳ１１３でバイパス弁１５ｖを開け、バイパス回路１５ｂに冷媒を迂回させる。

ステップＳ１１２において、温水回路１の水温と圧縮機２が吐出した吐出冷媒温度とを比較した結果、冷媒温度が高く、温水温度の方が高くない場合がある。この場合は、ステップＳ１１４でバイパス弁１５ｖを閉じる。そして、バイパス回路１５ｂに冷媒を流さないで水冷媒熱交換器１５の方に流れるようにする。また、ステップＳ１１１において、冷房運転モードか否かを判定した結果、冷房モードでない場合は、ステップＳ１１５においてバイパス弁１５ｖを閉じ、バイパス回路１５ｂに冷媒を流さないで水冷媒熱交換器１５の方に常に流れるようにする。

図１２に基づいて、第２実施形態における車両用空調装置のバス車両内での高さ方向の配置を説明する。冷凍サイクル回路３は、バス車両の天井部に設置される。一方、温水回路１はバス車両の下部に熱源４を成すエンジンと共に配置される。温水が流れるヒータコア８によって車室内の乗員の足元
に温風を吹出すことができる。

水冷媒熱交換器１５は、車両下部に配置される。よって冷凍サイクル回路３からの冷媒配管３ｈが天井部から下部に延在している。バイパス弁１５ｖは車上部の天井部付近において冷媒配管３ｈ同士を橋絡して冷媒がバイパスする方式のバイパス回路１５ｂを形成するように設けられる。

（第２実施形態の作用効果）
この第２実施形態によれば、水冷媒熱交換器１５を介した温水回路１からの冷凍サイクル回路３への熱の伝達が不要又は好ましくない場合に、バイパス回路１５ｂを通過して水冷媒熱交換器１５を冷媒がバイパスして流れる。そのため、水冷媒熱交換器１５を介した冷凍サイクル回路３と温水回路１との間の熱交換を阻止することができる。

たとえば、冷房運転時には、温水温度が冷凍サイクル側の温度よりも高くなることがあり、その場合は温水回路１から冷凍サイクル回路３へ熱が移動することになる。しかし、バイパス回路１５ｂを経由して、熱交換を防止することで、冷房時はコンデンサとなる室外熱交換器１３の負荷が大きくなることを防ぐことができる。

また、この第２実施形態によれば、冷房運転時は常に冷凍サイクル回路３側の熱を温水回路１に伝達しないケースと比較して冷房時の室外コンデンサとしてラジエータ７を活用できるため効率が良くなる。

この第２実施形態によれば、冷房運転時でも冷凍サイクル側から温水側へ熱を渡すことが可能な条件であれば、渡す方が効率がよくなる。従って、温度センサで検出した冷媒側入口温度と温水温度を比較し、温水側へ熱を渡すことが可能な条件ではバイパス回路１５ｂを開かず、水冷媒熱交換器１５を介した冷媒と温水との熱交換を実施する。これによりラジエータ７をコンデンサの一部として確実に使用することができ、冷凍サイクルの効率を的確に向上することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図１３に基づいて、本発明の第３実施形態を示す全体構成を説明する。第１実施形態では温水回路１と、冷凍サイクル回路３との間に設けられ、冷媒と温水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器１５を備える。このように水冷媒熱交換器１５を備えることにより冷凍サイクル回路３の熱で温水回路１を加熱する方式を水加熱式と呼ぶことにする。この方式は、水冷媒熱交換器１５を持たず冷凍サイクル回路３と温水回路１とで個別に空調風となる空気を加熱する方式である空気加熱式と対比される。この図１３にて示す第３実施形態は空気加熱式を示すものである。

図１４に基づいて、図１３に示した第４実施形態の空気加熱式における冷凍サイクル回路３の天井部平面配置を説明する。図１３及び図１４のように、車両用空調装置は、車両内の熱源４を冷却する温水が流れる温水回路１と、圧縮機２で圧縮された冷媒が流れるヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３とを備えている。車両内の熱源４は、車両の駆動力を生み出す内燃機関からなるエンジンである。温水回路１はこのエンジンを水冷する不凍液からなる温水を流す回路である。

温水回路１は、熱源４に温水を流すウォータポンプ５と、温水を加熱する燃焼器６と、温水の熱を外気に放熱させるラジエータ７と、温水と車両内に送風される空調風との熱交換を行うヒータコア８とを備える。

ウォータポンプ５はモータでインペラを回転させエンジン冷却用の水を循環させる。燃焼器６は燃料を燃焼させるバーナを持ち、温水回路１を流れる水を加熱する。燃焼器６は、熱源４となるエンジンとは別の燃料タンクから成る専用の燃焼器用燃料タンク６ｔから燃料の供給を受ける。ラジエータ７は周知のように高温となった温水回路１の温水の温度を下げるために、車両外部の空気である外気と熱交換する。ラジエータ７には図示しないが、ラジエータファンが付属しており、ラジエータフィンに外気が流される。

ヒータコア８は、空調用ダクト内を塞ぐように設けられ空調用ブロワにより送風されてきた外気又は車両内の循環風である内気からなる空調風を加熱する熱交換器である。なお温水回路１のラジエータ７への流量を制御するサーモスタット等は図示が省略されている。

図１３及び図１４では、２組の第１冷凍サイクル回路３ａと、第２冷凍サイクル回路３ｂを持っている。なお、第１冷凍サイクル回路３ａと、第２冷凍サイクル回路３ｂとを総称するときは、単に冷凍サイクル回路３という。図１４において、２つのエバポレータを成す室内熱交換器１４ａ１、１４ａ２の間に吸込口がある。この吸込口から室内空気を取り込んで室内熱交換器１４ａ１、１４ａ２と室内コンデンサを成す室内熱交換器１４ｂ１、１４ｂ２を空気が矢印Ｙ１４１、Ｙ１４２のように通過する。そして、ブロワ１４ｂ１ｂ、１４ｂ２ｂから空調ダクトへ送風される。

第１冷凍サイクル回路３ａと第２冷凍サイクル回路３ｂとは、冷媒を加圧する圧縮機２と、車両外部の空気と熱交換を行う室外熱交換器１３と、空調風を温度調節する室内熱交換器１４ａ、１４ｂと、余剰の冷媒を蓄えるアキュムレータ９とを夫々備える。室内熱交換器１４ａ、１４ｂは、空調ダクト１５０内に収納され、エバポレータと室内コンデンサとしての役割を果たす。

空調ダクト１５０内を通過する空調風が、室内熱交換器１４ｂと熱交換する程度はエアミックスドア１６の開度によって制御される。図１５ではエアミックスドア１６が室内コンデンサを流れる風を遮り、空調風が室内熱交換器１４ｂを迂回して流れる冷房運転時の状態を図示している。なお、図１５では第１冷凍サイクル回路３ａと第２冷凍サイクル回路３ｂの内、一方を詳細に図示したが、他方の第２冷凍サイクル回路３ｂの構成も同様である。なお、図１５では、室内熱交換器１４は、コンデンサとして機能するので、温度調節する機能を有する。

制御装置１０は、車両外部の外気温度を含む運転条件から、冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースでの効率を夫々算出する手段を有する。冷凍サイクル回路３は圧縮機２で加圧され高温になった冷媒の熱で、室内熱交換器１４ｂを介して、空調風を加熱する。

燃焼器６は、まず温水回路１の温水を加熱し、温水が流れるヒータコア８を介して空調風を加熱する。このような暖房機器となる冷凍サイクル回路３と燃焼器６とのうち、算出された効率が良い方を優先的に作動させる図２と同様の効率選択手段（ステップＳ２０８〜ステップＳ２１４）、を制御装置１０内に備える。暖房時において、図１３の室内熱交換器１４ｂは室内コンデンサとして空調風を加熱し、室外熱交換器１３は、エバポレータとして作用する。

この発明によれば、その時の外気温度を含む運転条件から冷凍サイクル回路３と燃焼器６との燃料消費量ベースの効率を夫々算出し、冷凍サイクル回路３と燃焼器６とのうち算出された効率が良い方を優先的に作動させることができる。よって、燃料消費量ベースで考えた際に、燃焼器６の方が高効率となる場合が発生するという事実を活用できる。そして、燃料消費量ベースで考えた場合に効率が高い燃焼器６の運転とヒートポンプとの運転状態とを組み合わせ、燃料消費量が少ない車両用空調装置を提供できる。

またヒートポンプを構成する冷凍サイクル回路３は、空調風を温度調節する室内熱交換器１４ａ、１４ｂを備え、温水回路１は温水と空調風との熱交換を行うヒータコア８を備えるため、冷凍サイクル回路３と温水回路１の両方で個別に車室内を暖房できる。なおこの第４実施形態では温水回路１と、冷凍サイクル回路３との間に設けられ、冷媒と温水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器１５を備えていない。

図１４は、バス車両の天井面における平面配置図である。この図１４では、室内エバポレータとして空調風を冷却する室内熱交換器１４ａ１、１４ａ２と室内コンデンサとして空調風を加熱する室内熱交換器１４ｂ１、１４ｂ２と、暖房時にエバポレータとして作用する室外熱交換器１３ａ、１３ｂとが示される。

図１４に示すように、これらの室内熱交換器１４ａ１、１４ａ２と室内熱交換器１４ｂ１、１４ｂ２と、室外熱交換器１３ａ、１３ｂは、夫々２組設けられ、圧縮機２も２組設けられ、２つの冷凍サイクル回路３ａ、３ｂで車両室内を空調している。

また、２組の室外熱交換器１３ａ、１３ｂには夫々室外熱交換器用ファン１３ａｂ、１３ｂｂが付属し、外気と室外熱交換器１３ａ、１３ｂとを熱交換している。更に室内熱交換器１４ａ１、１４ａ２と室内熱交換器１４ｂ１、１４ｂ２を通過する空調風を流すための夫々３個の空調用ブロワ１４ｂ１ｂ、１４ｂ２ｂが夫々設けられている。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図１５に基づいて、本発明の第４実施形態における全体構成を説明する。この第４実施形態の冷凍サイクル回路３は家庭用ヒートポンプにて用いられる形式のものである。室外熱交換器１３と室内熱交換器１４とは暖房時と冷房時で夫々エバポレータとコンデンサの役割を交換するものである。

（他の実施形態）
上記の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に、特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

燃焼器６の代わりに電気ヒータを用いてもよいし、燃焼器６と電気ヒータを併用してもよい。熱源は、エンジンに限らず、車両内の他の発熱体でもよい。温水回路１の流体となる温水は、熱源を冷却する液体であればよい。圧縮機は、電動式でもエンジン駆動式でもよい。

圧縮機がエンジン駆動式である場合は、エンジンの燃費特性をデータとして持っておき、冷凍サイクル回路３の効率を算出するのにエンジンのその時の燃費特性を考慮してもよい。制御装置１０は、エアコンＥＣＵに限らず、一部の機能がエンジンＥＣＵの中に設けられていてもよい。車両外部の外気温度を含む運転条件から、冷凍サイクル回路３の燃料消費量ベースでの効率を夫々算出したが、上記実施形態では燃焼器６の効率は固定した。しかし車両外部の外気温度を含む運転条件から燃焼器６の効率を算出してもよい。

また、効率同士を比較したが、要はどちらの機器を活用した方が車両の燃料消費量が少なくできるかを比較できればよいため、その時の燃料消費量同士を比較して効率の比較としてもよい。つまり本発明の燃料消費量ベースの効率は、燃料消費量が少ないことを表すパラメータであればよい。

また、本発明は水冷媒熱交換器及びバイパス回路は必須ではないがこれらを設けることによって個別の効果を発揮する。更に、車両は、バスに限らず列車や乗用車であってもよい。なお、水冷媒熱交換器は、車両の床下に設置されるものに限らない。

水冷媒熱交換器をバイパスして冷媒を流すバイパス回路を開閉するバイパス弁は、三方弁を使用してもよい。またバイパス回路は、冷媒側と温水側のいずれか又は両方に設けてもよい。

図１２において、冷房モードでないときはバイパス弁を常に閉じたが、温水温度が十分に高い等の条件に応じてバイパス弁を開き冷媒の圧損を少なくしてもよい。

冷房運転時において、冷凍サイクル回路３から温水回路１に熱を渡せる条件は、温度の比較以外の方法でも特定することができる。たとえばエンジン起動時からの経過時間や圧縮機起動後の経過時間や冷媒圧力から条件を特定してもよい。

図１３のように、水冷媒熱交換器を持たない方式においてもウォームアップ能力を要求された場合には、ヒートポンプと燃焼器６との両方を作動させ、車室内の温度を急速に立ち上げることができる。なお、図１３は、空気加熱式であるが室内熱交換器１４ａは、エバポレータとして除湿のみ行い、ヒータコアを成す室内熱交換器１４ｂで加熱する。

また車両はハイブリッド車両でなくエンジン単体で走行する車両であってもよい。また熱源は燃料電池であってもよい。この場合の車両は燃料電池車になる。また、エンジンの出力を直接駆動輪に導かず、エンジンはもっぱら発電機を駆動し、発電機で走行用のバッテリを充電する電気自動車であってもよい。

車両の駆動系にバッテリの電力で回転する電動機を使用している場合、制御装置には、バッテリの充電状態を確認し残存電力量が不足しているか否かを判定する。そして、電力量が不足していると判定された場合に、優先的に電力使用量が小さい方の燃焼器６とヒートポンプとのいずれか一方を選択して作動させる。この場合燃料消費量だけのことを考えればヒートポンプの方を使用した方がよい場合であっても、電力使用量が小さい燃焼器６を優先させる。しかし、燃料消費量の少ないことを優先させるか電力消費が少ないことを優先させるかはあらかじめ車両ごと又はユーザごとに選択できるようにしてもよい。

また、燃料消費量や電力消費量を優先せずに常に効率が良い機器を優先に作動させるようにも、あらかじめ車両ごと又はユーザごとに選択できるようにしてもよい。

更に、燃焼器は、自身が消費する燃料を蓄える燃焼器用燃料タンクから燃料の供給を受けるものを示したが、エンジンと共用のメイン燃料タンクから燃料供給を受けるものであってもよい。

また燃料消費量ベースの効率を算出する際に、エンジンに投入されるエネルギのうち、冷却水に受熱される約４０％の熱エネルギは、水加熱式のヒートポンプでは暖房に使用できるため、そのエネルギ量を勘案して算出しても良い。

図１３の本発明の第４実施形態を示す車両用空調装置においては、冷凍サイクル回路を２組設けたが、１組の冷凍サイクル回路としても良い。なお、優先的に機器を作動させるとは、燃料消費量ベースの効率の良いものから順に作動させていくことをいい、機器が３台以上あっても良い。

１ 温水回路
２ 圧縮機
３ 冷凍サイクル回路
４ 熱源
５ ウォータポンプ
６ 燃焼器
７ ラジエータ
８ ヒータコア
１４ 室内熱交換器

Claims (9)

1. 車両に設けられた熱源（４）を冷却する温水が流れ温水の熱で車室内を暖房する温水回路（１）と、圧縮機（２）で圧縮された冷媒が流れるヒートポンプを構成し、加圧された冷媒の熱で暖房する冷凍サイクル回路（３）とを備え、
   前記温水回路（１）は、前記熱源（４）に温水を流すウォータポンプ（５）と、温水を加熱し、燃料を燃やすことで熱を発生する燃焼器（６）と、温水の熱を外気に放熱させるラジエータ（７）と、温水と車両内に送風される空調風との熱交換を行うヒータコア（８）とを備え、
   前記冷凍サイクル回路（３）は、燃料を消費して駆動されるエンジンからの動力又は前記エンジンからの動力で発電された電力で駆動され、冷媒を加圧する前記圧縮機（２）と、車両外部の空気と熱交換を行う室外熱交換器（１３）と、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器（１４）と、を備えるヒートポンプを構成し、
   更に、前記燃焼器（６）と前記圧縮機（２）とを制御する制御装置（１０）を備え、
   前記制御装置（１０）は、前記冷凍サイクル回路（３）と前記燃焼器（６）との、単位時間あたりに消費する燃料のエネルギ量をどれだけ暖房用空調風に与えられるかという、燃料の消費量ベースでの効率を夫々求める手段（ステップＳ２０５）と、前記ヒートポンプと前記燃焼器（６）とのうち、算出された前記効率が良い方を優先的に作動させる効率選択手段（ステップＳ２０８〜ステップＳ２１４）と、を備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 更に、前記温水回路（１）の温水と前記冷凍サイクル回路（３）の冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器（１５）を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記水冷媒熱交換器（１５）は、前記車両の床下に設置されることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 更に、前記水冷媒熱交換器（１５）をバイパスして冷媒を流すバイパス回路（１５ｂ）及びこのバイパス回路（１５ｂ）を開閉するバイパス弁（１５ｖ）を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用空調装置。
5. 冷房運転時において、前記冷凍サイクル回路（３）から前記温水回路（１）に熱を渡せる条件では、前記バイパス弁（１５ｖ）を閉じて、前記水冷媒熱交換器（１５）を介して前記冷凍サイクル回路（３）と前記温水回路（１）との熱交換を行い、前記ラジエータ（７）を放熱のための室外コンデンサとして作用させることを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記水冷媒熱交換器の冷媒側入口に冷媒側入口温度を検出する温度センサ（１５ｃ）を持ち、前記温水回路（１）を流れる温水の温度と冷媒側入口温度とを比較し、温水の温度より前記冷媒側入口温度が高い場合に、前記バイパス弁（１５ｖ）を閉じ、冷媒を前記バイパス回路（１５ｂ）にバイパスさせずに前記水冷媒熱交換器（１５）に流すことを特徴とする請求項５に記載の車両用空調装置。
7. 温水の温度を早急に立ち上げ、早急な暖房性能の向上を図るウォームアップ能力を要求された場合には、前記制御装置（１０）は、前記冷凍サイクル回路（３）と前記燃焼器（６）との両方を作動させることにより、ウォームアップ能力を向上させるウォームアップ制御手段（ステップＳ２０３）を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
8. 前記車両は、該車両の駆動系にバッテリ（２５）の電力で回転する電動機（３２）を使用しており、
   前記制御装置（１０）には、前記バッテリ（２５）の充電状態を確認し電力が不足しているか否かを判定する残電力量判定手段（ステップＳ２０６１）と、前記燃焼器（６）と前記冷凍サイクル回路（３）との消費電力を演算又は測定する手段（ステップＳ２０６２１）と、電力量が不足していると判定された場合に、優先的に電力使用量が小さい方の前記燃焼器（６）と前記冷凍サイクル回路（３）とのいずれか一方を選択して作動させる電力選択手段（ステップＳ２０６２２〜ステップＳ２０６２８）とを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
9. 更に、前記燃焼器（６）は自身が消費する燃料を蓄える燃焼器用燃料タンク（６ｔ）から燃料の供給を受け、前記エンジンを駆動させる燃料を蓄えるメイン燃料タンク（２０）内の燃料残量を計測する手段（２１）を備え、
   前記制御装置（１０）は、前記エンジンを駆動させる前記メイン燃料タンク内の燃料が減少していると判定した場合、前記効率の良し悪しにかかわらず前記燃焼器（６）による暖房を前記冷凍サイクル回路（３）による暖房よりも優先させ、前記燃焼器用燃料タンク（６ｔ）から燃料を消費させる手段（ステップＳ２１０）を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の車両用空調装置。

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