JP2021014201A - 車載温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却対象の冷却効率を高めるべく冷凍回路内の冷媒と熱回路内の熱媒体をと適切に循環させる。【解決手段】車載温調装置１は、第１熱回路４と冷凍回路２とを備える。第１熱回路は、外気と熱交換する第１ラジエータ４２と第１熱交換器２２と第１ポンプ４１とを有すると共に第１熱媒体が循環するように構成される。冷凍回路は、冷媒から第１熱媒体に放熱させることで冷媒を凝縮させる第１熱交換器と、冷媒に吸熱させることで該冷媒を蒸発させて冷却対象を冷却する第２熱交換器２７と、コンプレッサ２１とを有すると共に、第１熱交換器及び第２熱交換器を通って冷媒が循環することで冷凍サイクルを実現するように構成される。冷却対象の冷却を開始するときには、第１ポンプが始動された後にコンプレッサが始動される。【選択図】図７

Description

本開示は、車載温調装置に関する。

従来から、冷凍回路と熱回路とを備えた車載温調装置が知られている（例えば、特許文献１）。斯かる車載温調装置では、例えば、冷凍回路と熱回路とが一つの熱交換器を共有し、この熱交換器は冷凍回路の冷媒から熱回路の熱媒体に熱を移動させて、冷凍回路の冷媒を凝縮させるように構成される。

熱回路は、外気と熱交換する高温側ラジエータ及び車室内の暖房に使用されるヒータコアを備え、ラジエータ又はヒータコアと熱交換器とを通って熱媒体が循環するように構成される。冷凍回路は、外気と熱交換する室外蒸発器及び車室内の冷房に使用される室内蒸発器を備え、室外蒸発器又は室内蒸発器と熱交換器とを通って冷媒が循環することで冷凍サイクルが実現されるように構成される。

このように構成された車載温調装置では、車室内の冷房を行うときには、冷凍回路の室内蒸発器において吸熱が行われて冷媒が加熱される。加熱された冷媒の熱は、熱交換器において熱回路の熱媒体に移動し、その後高温側ラジエータにおいて外気中へ放熱される。

特開２０１９−０４５０３４号公報

ところで、特許文献１に記載されたような車載温調装置において車室内の冷房のように冷却対象の冷却を行うような場合、冷凍回路内の冷媒の循環と熱回路内の熱媒体の循環との開始順序に応じて、熱交換器における冷媒の冷却効率が変化し、ひいては車載温調装置による冷房等の効率が変化する。したがって、車載温調装置における冷房等の効率を高めるためには、冷凍回路内の冷媒の循環と熱回路内の熱媒体の循環とを適切な順序で開始することが必要になる。

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、車載温調装置における冷却対象の冷却効率を高めるべく、冷凍回路内の冷媒と熱回路内の熱媒体をと適切に循環させる車載温調装置を提供することにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）外気と熱交換する第１ラジエータと第１熱交換器と第１ポンプとを有すると共に、該第１ポンプが駆動されると第１熱媒体が循環するように構成された第１熱回路と、冷媒から前記第１熱媒体に放熱させることで前記冷媒を凝縮させる前記第１熱交換器と、前記冷媒に吸熱させることで該冷媒を蒸発させて冷却対象を冷却する第２熱交換器と、コンプレッサとを有すると共に、該コンプレッサが駆動されると前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を通って冷媒が循環することで冷凍サイクルを実現するように構成された冷凍回路と、を備え、前記冷却対象の冷却を開始するときには、前記第１ポンプが始動された後に前記コンプレッサが始動される、車載温調装置。

（２）前記第１熱回路は、車室内の暖房に用いられるヒータコアを更に有すると共に、前記第１熱媒体が前記第１ラジエータと前記ヒータコアとの少なくとも一方を通って循環するように前記第１熱媒体の流通態様を変更可能に構成され、前記車室の暖房を開始するときには、前記コンプレッサが始動された後に前記第１ポンプが始動されると共に、前記第１熱回路では前記第１熱媒体が前記ヒータコアを通るように循環される、上記（１）に記載の車載温調装置。

（３）前記冷却対象を冷却するときには、前記第１熱回路では前記第１熱媒体が前記第１ラジエータを通るように循環される、上記（２）に記載の車載温調装置。

（４）外気と熱交換する第２ラジエータと、前記第２熱交換器と、発熱機器と熱交換する発熱機器用熱交換器と、第２ポンプとを有する第２熱回路を更に備え、前記第２熱回路は、第２熱媒体が前記第２熱交換器を通ると共に前記第２ラジエータと前記発熱機器用熱交換器との少なくとも一方を通って循環するように前記第２熱媒体の流通態様を変更可能に構成され、前記車室を暖房するときには、前記第２熱回路では前記第２熱媒体が前記第２ラジエータを通るように循環される、上記（２）又は（３）に記載の車載温調装置。

（５）前記発熱機器を冷却すべく前記冷却対象として前記第２熱媒体を冷却するときには、前記第２熱回路では前記第２熱媒体が前記発熱機器用熱交換器を通るように循環される、上記（４）に記載の車載温調装置。

本開示によれば、車載温調装置における冷却対象の冷却効率を高めるべく、冷凍回路内の冷媒と熱回路内の熱媒体をと適切に循環させる車載温調装置が提供される。

図１は、一つの実施形態に係る車載温調装置を概略的に示す構成図である。 図２は、車載温調装置を搭載した車両の空調用の空気通路を概略的に示す構成図である。 図３は、車載温調装置を搭載した車両を概略的に示す図である。 図４は、車室の冷房が要求されている場合の車載温調装置の作動状態の例（冷房モード）を示している。 図５は、バッテリ、ＭＧやＰＣＵ等の発熱機器の急速冷却が要求されている場合の車載温調装置の作動状態の例（急速冷却モード）を示している。 図６は、車室の暖房が要求されている場合の車載温調装置の作動状態の例（暖房モード）を示している。 図７は、冷房を開始するときの、冷房モードのＯＮ／ＯＦＦ等のタイムチャートである。 図８は、暖房を開始するときの、暖房モードのＯＮ／ＯＦＦ等の、図７と同様なタイムチャートである。 図９は、冷媒や暖房の開始の際の車載温調装置のアクチュエータを制御する制御ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜車載温調装置の構成＞
図１〜図３を参照して、一つの実施形態に係る車載温調装置１の構成について説明する。図１は、車載温調装置１を概略的に示す構成図である。本実施形態では、車載温調装置１は、特にモータによって駆動される電動車両に搭載される。

車載温調装置１は、冷凍回路２、低温回路（第２熱回路）３、高温回路（第１熱回路）４及び制御装置５を備える。

まず、冷凍回路２について説明する。冷凍回路２は、コンプレッサ２１、コンデンサ２２の冷媒配管２２ａ、レシーバ２３、第１膨張弁２４、第２膨張弁２５、エバポレータ２６、チラー２７の冷媒配管２７ａ、第１電磁調整弁２８及び第２電磁調整弁２９を備える。冷凍回路２は、コンプレッサ２１が駆動されるとこれら構成部品を通って冷媒が循環することで冷凍サイクルを実現するように構成される。冷媒には、例えば、ハイドロフルオロカーボン（例えば、ＨＦＣ−１３４ａ）等、一般的に冷凍サイクルで冷媒として用いられる任意の物質が用いられる。

冷凍回路２は、冷凍基本流路２ａと、エバポレータ流路２ｂと、チラー流路２ｃとに分けられる。エバポレータ流路２ｂと、チラー流路２ｃとは互いに並列に設けられ、それぞれ冷凍基本流路２ａに接続されている。

冷凍基本流路２ａには、冷媒の循環方向において、コンプレッサ２１、コンデンサ２２の冷媒配管２２ａ及びレシーバ２３がこの順番に設けられる。エバポレータ流路２ｂには、冷媒の循環方向において、第１電磁調整弁２８、第１膨張弁２４及びエバポレータ２６がこの順番に設けられる。加えて、チラー流路２ｃには、第２電磁調整弁２９、第２膨張弁２５及びチラー２７の冷媒配管２７ａがこの順番に設けられる。

冷凍基本流路２ａには、第１電磁調整弁２８及び第２電磁調整弁２９の少なくとも一方が開弁していれば冷媒が流れる。コンプレッサ２１が駆動されて冷凍基本流路２ａに冷媒が流れると、冷媒はコンプレッサ２１、コンデンサ２２の冷媒配管２２ａ及びレシーバ２３の順にこれら構成部品を通って流れる。エバポレータ流路２ｂには、第１電磁調整弁２８が開かれているときに冷媒が流れる。エバポレータ流路２ｂに冷媒が流れると、冷媒は、第１電磁調整弁２８、第１膨張弁２４及びエバポレータ２６の順にこれら構成部品を通って流れる。チラー流路２ｃには、第２電磁調整弁２９が開かれているときに冷媒が流れる。チラー流路２ｃに冷媒が流れると、冷媒は、第２電磁調整弁２９、第２膨張弁２５及びチラー２７の冷媒配管２７ａの順にこれら構成部品を通って流れる。

コンプレッサ２１は、冷媒を圧縮して昇温する圧縮機として機能する。本実施形態では、コンプレッサ２１は、電動式であり、コンプレッサ２１への供給電力が調整されることによりその吐出容量が無段階に変化せしめられるように構成される。コンプレッサ２１では、エバポレータ２６又はチラー２７から流出した低温・低圧であって主にガス状である冷媒が、断熱的に圧縮されることにより、高温・高圧であって主にガス状である冷媒に変化せしめられる。

コンデンサ２２は、冷媒配管２２ａと冷却水配管２２ｂとを備える。コンデンサ２２は、冷媒から高温回路４の冷却水に放熱させることで冷媒を凝縮させる第１熱交換器として機能する。本実施形態では、コンデンサ２２は、冷媒配管２２ａを流れる冷媒と後述する冷却水配管２２ｂを流れる冷却水との間で熱交換を行い、冷媒からこの冷却水へ熱を移動させる。コンデンサ２２の冷媒配管２２ａは、冷凍サイクルにおいて冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、コンデンサ２２の冷媒配管２２ａでは、コンプレッサ２１から流出した高温・高圧であって主にガス状である冷媒が、等圧的に冷却されることにより、高温・高圧の主に液状の冷媒に変化せしめられる。

レシーバ２３は、コンデンサ２２の冷媒配管２２ａによって凝縮された冷媒を貯留する。また、コンデンサ２２では必ずしも全ての冷媒を液化することができないため、レシーバ２３は気液の分離を行うように構成される。レシーバ２３からはガス状の冷媒が分離された液状の冷媒のみが流出する。なお、冷凍回路２は、レシーバ２３を有する代わりに、コンデンサ２２として気液分離器を内蔵したサブクール式のコンデンサを用いてもよい。

第１膨張弁２４及び第２膨張弁２５は、冷媒を膨張させる膨張器として機能する。これら膨張弁２４、２５は、細径の通路を備えると共に、この細径の通路から冷媒を噴霧することで冷媒の圧力を急激に低下させる。第１膨張弁２４は、レシーバ２３から供給された液状の冷媒を、エバポレータ２６内に霧状に噴霧する。同様に、第２膨張弁２５は、レシーバ２３から供給された液状の冷媒を、チラー２７の冷媒配管２７ａ内に霧状に噴霧する。これら膨張弁２４、２５では、レシーバ２３から流出した高温・高圧の液状の冷媒が、減圧されて部分的に気化することにより、低温・低圧の霧状の冷媒に変化せしめられる。なお、膨張弁は、過熱度（スーパーヒート）が固定された機械式の膨張弁であってもよいし、過熱度を調整可能な電気式の膨張弁であってもよい。また、冷媒を膨張させて減圧させることができれば、膨張器として、第１膨張弁２４及び第２膨張弁２５の代わりに例えばエジェクタ等の他の装置が用いられてもよい。

エバポレータ２６は、周囲の空気から冷媒へ吸熱させ、冷媒を蒸発させる第２熱交換器として機能する。具体的には、エバポレータ２６は、エバポレータ２６周りの空気から冷媒へ吸熱させ、冷媒を蒸発させる。したがって、エバポレータ２６では、第１膨張弁２４から流出した低温・低圧の霧状の冷媒が、蒸発することにより、低温・低圧のガス状の冷媒に変化せしめられる。この結果、エバポレータ２６周りの空気は冷却せしめられ、車室内の冷房を行うことができる。

チラー２７は、冷媒配管２７ａと冷却水配管２７ｂとを備える。チラー２７は、後述する低温回路３の冷却水から冷媒へ吸熱させ、冷媒を蒸発させる第２熱交換器として機能する。本実施形態では、チラー２７は、後述する冷却水配管２７ｂを流れる冷却水と冷媒配管２７ａを流れる冷媒との間で熱交換を行い、この冷却水から冷媒へ熱を移動させる。チラー２７の冷媒配管２７ａは、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。また、チラー２７の冷媒配管２７ａでは、第２膨張弁２５から流出した低温・低圧の霧状の冷媒が、蒸発することにより、低温・低圧のガス状の冷媒に変化せしめられる。この結果、低温回路３の冷却水は冷却せしめられる。

第１電磁調整弁２８及び第２電磁調整弁２９は、冷凍回路２内における冷媒の流通態様を変更するように用いられる。第１電磁調整弁２８の開度が大きくなるほどエバポレータ流路２ｂに流入する冷媒が多くなり、よってエバポレータ２６に流入する冷媒が多くなる。また、第２電磁調整弁２９の開度が大きくなるほどチラー流路２ｃに流入する冷媒が多くなり、よってチラー２７に流入する冷媒が多くなる。なお、本実施形態では、電磁調整弁２８は、その開度を調整可能な弁として構成されているが、開いた状態と閉じた状態との間で切り換えられる開閉弁であってもよい。また、第１電磁調整弁２８及び第２電磁調整弁２９の代わりに、冷凍基本流路２ａからの冷媒をエバポレータ流路２ｂのみ、チラー流路２ｃのみ及び／又はその両方に選択的に流入させることができる三方弁が設けられてもよい。したがって、冷凍基本流路２ａからエバポレータ流路２ｂ及びチラー流路２ｃへ流入する流量を調整することができれば、流通態様制御装置としてこれら電磁調整弁２８、２９の代わりに如何なる弁が設けられてもよい。

次に、低温回路３について説明する。低温回路３は、第２ポンプ３１、チラー２７の冷却水配管２７ｂ、低温ラジエータ（第２ラジエータ）３２、第１三方弁３３及び第２三方弁３４を備える。加えて、低温回路３は、バッテリ熱交換器３５、ＭＧ熱交換器３６及びＰＣＵ熱交換器３７を備える。低温回路３では、これら構成部品を通って冷却水が循環する。なお、冷却水は第２熱媒体の一例であり、低温回路３内では、冷却水の代わりに任意の他の熱媒体が用いられてもよい。

低温回路３は、低温基本流路３ａと、低温ラジエータ流路３ｂと、発熱機器流路３ｃとに分けられる。低温ラジエータ流路３ｂと発熱機器流路３ｃとは互いに並列に設けられ、それぞれ低温基本流路３ａに接続されている。

低温基本流路３ａには、冷却水の循環方向において、第２ポンプ３１、チラー２７の冷却水配管２７ｂ、バッテリ熱交換器３５がこの順番に設けられる。また、低温基本流路３ａにはバッテリ熱交換器３５をバイパスするように設けられたバイパス流路３ｄが接続される。低温基本流路３ａとバイパス流路３ｄとの接続部には第１三方弁３３が設けられる。

また、低温ラジエータ流路３ｂには、低温ラジエータ３２が設けられる。発熱機器流路３ｃには、冷却水の循環方向において、ＭＧ熱交換器３６及びＰＣＵ熱交換器３７がこの順番に設けられる。発熱機器流路３ｃには、ＭＧやＰＣＵ以外の発熱機器と熱交換する熱交換器が設けられてもよい。低温基本流路３ａと低温ラジエータ流路３ｂ及び発熱機器流路３ｃとの間には第２三方弁３４が設けられる。

第２ポンプ３１は、低温回路３内を循環する冷却水を圧送する。本実施形態では、第２ポンプ３１は、電動式のウォータポンプであり、第２ポンプ３１への供給電力が調整されることによりその吐出容量が無段階に変化せしめられるように構成される。

低温ラジエータ３２は、低温回路３内を循環する冷却水と車両１００の外部の空気（外気）との間で熱交換を行う熱交換器である。低温ラジエータ３２は、冷却水の温度が外気の温度よりも高いときには冷却水から外気への放熱を行い、冷却水の温度が外気の温度よりも低いときには外気から冷却水への吸熱を行うように構成される。

第１三方弁３３は、チラー２７の冷却水配管２７ｂから流出した冷却水がバッテリ熱交換器３５とバイパス流路３ｄとの間で選択的に流通せしめられるように構成される。第１三方弁３３がバッテリ熱交換器３５側に設定されているときには、冷却水はバッテリ熱交換器３５を通って流れる。一方、第１三方弁３３がバイパス流路３ｄ側に設定されているときには、冷却水は、バッテリ熱交換器３５をバイパスして流れる。

第２三方弁３４は、低温基本流路３ａから流出した冷媒が、低温ラジエータ流路３ｂと発熱機器流路３ｃとの間で選択的に流通せしめられるように構成される。第２三方弁３４が低温ラジエータ流路３ｂ側に設定されていると、低温基本流路３ａから流出した冷却水は低温ラジエータ３２を通って流れる。一方、第２三方弁３４が発熱機器流路３ｃ側に設定されていると、低温基本流路３ａから流出した冷却水は、ＭＧ熱交換器３６及びＰＣＵ熱交換器３７の順にこれら構成部品を通って流れる。加えて、第２三方弁３４を冷却水が両方に流れるように設定できる場合には、低温基本流路３ａから流出した冷却水は、その一部が低温ラジエータ３２を通って流れ、残りがＭＧ熱交換器３６及びＰＣＵ熱交換器３７の順にこれら構成部品を通って流れる。

なお、バッテリ熱交換器３５及びバイパス流路３ｄに流入する冷却水の流量を適切に調整することができれば、第１三方弁３３の代わりに、調整弁や開閉弁等の他の調整装置が用いられてもよい。同様に、低温ラジエータ流路３ｂ及び発熱機器流路３ｃに流入する冷却水の流量を適切に調整することができれば、第２三方弁３４の代わりに、調整弁や開閉弁等の他の調整装置が用いられてもよい。いずれにせよ、これら第１三方弁３３及び第２三方弁３４は、低温ラジエータ３２と発熱機器用熱交換器との少なくとも一方を通って循環するように冷却水の流通態様を変更可能な流通態様変更装置として機能する。

バッテリ熱交換器３５は、発熱機器である車両１００のバッテリ（図示せず）と熱交換する発熱機器用熱交換器として機能する。具体的には、バッテリ熱交換器３５は、例えば、バッテリの周りに設けられた配管を備え、この配管を流れる冷却水とバッテリとの間で熱交換が行われるように構成される。なお、車両１００のバッテリは、後述する車両１００のＰＣＵ及びＭＧに接続されて、車両１００を駆動するための電力をＭＧに供給する。

ＭＧ熱交換器３６は、発熱機器である車両１００のモータジェネレータ（ＭＧ。図示せず）と熱交換する発熱機器用熱交換器として機能する。具体的には、ＭＧ熱交換器３６は、ＭＧの周りを流れるオイルと冷却水との間で熱交換が行われるように構成される。なお、ＭＧは、車両１００を駆動したり、車両１００を制動する際に回生を行ったりするのに用いられる。

また、ＰＣＵ熱交換器３７は、発熱機器である車両１００のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ。図示せず）と熱交換する発熱機器用熱交換器として機能する。具体的には、ＰＣＵ熱交換器３７は、ＰＣＵの周りに設けられた配管を備え、この配管を流れる冷却水とバッテリとの間で熱交換が行われるように構成される。なお、ＰＣＵは、バッテリとＭＧとの間に接続されて、ＭＧへ供給される電力を制御する。ＰＣＵは、モータを駆動するインバータ、電圧を制御する昇圧コンバータ、高電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータ等の発熱部品を有する。

次に、高温回路４について説明する。高温回路４は、第１ポンプ４１、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂ、高温ラジエータ（第１ラジエータ）４２、第３三方弁４３及びヒータコア４４を備える。高温回路４でもこれら構成部品を通って冷却水が循環する。なお、この冷却水は第１熱媒体の一例であり、高温回路４内では、冷却水の代わりに任意の他の熱媒体が用いられてもよい。

また、高温回路４は、高温基本流路４ａと、高温ラジエータ流路４ｂと、ヒータ流路４ｃとに分けられる。高温ラジエータ流路４ｂとヒータ流路４ｃとは互いに並列に設けられ、それぞれ高温基本流路４ａに接続されている。

高温基本流路４ａには、冷却水の循環方向において、第１ポンプ４１、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂがこの順番に設けられる。高温ラジエータ流路４ｂには高温ラジエータ４２が設けられ、ヒータ流路４ｃにはヒータコア４４が設けられる。高温基本流路４ａと高温ラジエータ流路４ｂ及びヒータ流路４ｃとの間には第３三方弁４３が設けられる。

第１ポンプ４１は、高温回路４内を循環する冷却水を圧送する。本実施形態では、第１ポンプ４１は、第２ポンプ３１と同様な、電動式のウォータポンプである。また、高温ラジエータ４２は、低温ラジエータ３２と同様に、高温回路４内を循環する冷却水と外気との間で熱交換を行う熱交換器である。

第３三方弁４３は、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂから流出した冷却水の流通態様を制御する流通態様制御装置として機能し、高温ラジエータ流路４ｂとヒータ流路４ｃとの間で選択的に流通先を変更することができるように構成される。第３三方弁４３が、高温ラジエータ流路４ｂ側に設定されていると、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂから流出した冷却水は高温ラジエータ流路４ｂを通って流れる。一方、第３三方弁４３が、ヒータ流路４ｃ側に設定されていると、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂから流出した冷却水はヒータコア４４を通って流れる。なお、高温ラジエータ流路４ｂ及びヒータ流路４ｃに流入する冷却水の流量を適切に調整することができれば、第３三方弁４３の代わりに、調整弁や開閉弁等の他の流通態様制御装置が用いられてもよい。

ヒータコア４４は、高温回路４内を循環する冷却水とヒータコア４４周りの空気との間で熱交換を行って、車室内の暖房を行うように構成される。具体的には、ヒータコア４４は、冷却水からヒータコア４４周りの空気へ排熱するように構成される。したがって、ヒータコア４４に高温の冷却水が流れると、冷却水の温度が低下すると共に、ヒータコア４４周りの空気が暖められる。

図２は、車載温調装置１を搭載した車両１００の空調用の空気通路６を概略的に示す構成図である。空気通路６では、図中に矢印で示した方向に空気が流れる。図２に示した空気通路６は、車両１００の外部又は車室の空気吸い込み口に接続されており、空気通路６には制御装置５による制御状態に応じて外気又は車室内の空気が流入する。また、図２に示した空気通路６は車室内へ空気を吹き出す吹き出し口に接続されており、空気通路６からは制御装置５による制御状態に応じてこのうち任意の吹き出し口に空気が供給される。

図２に示したように、本実施形態の空調用の空気通路６には、空気の流れ方向において、ブロワ６１と、エバポレータ２６と、エアミックスドア６２と、ヒータコア４４とがこの順番に設けられる。

ブロワ６１は、ブロワモータ６１ａとブロワファン６１ｂとを備える。ブロワ６１は、ブロワモータ６１ａによってブロワファン６１ｂが駆動されると、外気又は車室内の空気が空気通路６に流入して、空気通路６を通って空気が流れるように構成される。

エアミックスドア６２は、空気通路６を通って流れる空気のうち、ヒータコア４４を通って流れる空気の流量を調整する。エアミックスドア６２は、空気通路６を流れる全ての空気がヒータコア４４を流れる状態と、空気通路６を流れる全ての空気がヒータコア４４を流れない状態と、その間の状態との間で調整することができるように構成される。

このように構成された空気通路６では、ブロワ６１が駆動されているときに、エバポレータ２６に冷媒が循環されている場合には、空気通路６を通って流れる空気が冷却される。したがって、車室内の冷房が行われる。また、ブロワ６１が駆動されているときに、ヒータコア４４に冷却水が循環されていて且つ空気がヒータコア４４を流れるようにエアミックスドア６２が制御されている場合には、空気通路６内を通って流れる空気が暖められる。したがって、車室内の暖房が行われる。

図３は、車載温調装置１を搭載した車両１００を概略的に示す図である。図３に示したように、車両１００のフロントグリルの内側に、低温ラジエータ３２及び高温ラジエータ４２が配置される。したがって、車両１００が走行しているときにはこれらラジエータ３２、４２には走行風が当たる。また、これらラジエータ３２、４２に隣接してファン７１が設けられる。ファン７１は駆動されるとラジエータ３２、４２に風が当たるように構成される。したがって、車両１００が走行していないときでも、ファン７１を駆動することにより、ラジエータ３２、４２に風を当てることができる。

図１を参照すると、制御装置５は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１を備える。ＥＣＵ５１は、各種演算を行うプロセッサと、プログラムや各種情報を記憶するメモリと、各種アクチュエータや各種センサと接続されるインタフェースとを備える。

また、制御装置５は、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサ５２と、低温回路３内を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ５３と、コンデンサ２２から送出される冷媒の圧力を検出する冷媒圧力センサ５４とを備える。加えて、制御装置は、車両１００の室内の温度を検出する室内温度センサ５５と、車両１００の室外の温度を検出する外気温度センサ５６と、ユーザによって操作される操作パネル５７とを備える。ＥＣＵ５１はこれらセンサに接続され、ＥＣＵ５１にはこれらセンサ及び操作パネル５７からの出力信号が入力される。

加えて、ＥＣＵ５１は、車載温調装置１の各種アクチュエータに接続されて、これらアクチュエータを制御する。具体的には、ＥＣＵ５１は、コンプレッサ２１、電磁調整弁２８、２９、ポンプ３１、４１、三方弁３３、３４、４３、ブロワモータ６１ａ、エアミックスドア６２及びファン７１に接続されて、これらを制御する。

なお、図１〜図３に示した車載温調装置１の構成は一つの例であり、車載温調装置は異なる構成を有していてもよい。具体的には、例えば、チラー２７は低温回路３に連通せずに冷媒から大気中に熱を放出するように構成されてもよい。

＜車載温調装置の作動＞
制御装置５は、バッテリ温度センサ５２、操作パネル５７、室内温度センサ５５及び外気温度センサ５６の出力信号に基づいて、車載温調装置１の作動モードを設定する。以下では、図４〜図６を参照して、車載温調装置１の代表的な作動モードについて説明する。図４〜図６では、冷媒や冷却水が流れている流路が実線で、冷媒や冷却水が流れていない流路が破線でそれぞれ示されている。また、図中の細い矢印は冷媒や冷却水が流れる方向を、太い矢印は熱の移動方向をそれぞれ示している。

図４は、車室の冷房が要求されている場合の車載温調装置１の作動状態の例（冷房モード）を示している。冷房モードでは、エバポレータにより冷却対象であるエバポレータ周りの空気が冷却される。

図４に示したように、冷房モードでは、コンプレッサ２１、第２ポンプ３１及び第１ポンプ４１のいずれもが作動せしめられる。また、冷房モードでは、第１電磁調整弁２８が開かれ、且つ第２電磁調整弁２９が閉じられ、第３三方弁４３が高温ラジエータ流路４ｂ側に設定される。また、図４に示した例では、第１三方弁３３はバッテリ熱交換器３５側に設定されると共に、第２三方弁３４は低温ラジエータ流路３ｂと発熱機器流路３ｃとの両方に冷却水が流れるように設定される。

この結果、冷房モードでは、エバポレータ２６にて周囲の空気の熱が冷媒に移動されて、周囲の空気が冷却される。この結果、車室内の冷房が行われる。一方、コンデンサ２２にて冷媒の熱が高温回路４の冷却水に移動されて、高温回路４の冷却水が暖められる。その後、この高温の冷却水が高温ラジエータ４２にて外気と熱交換することによって冷却され、再びコンデンサ２２に流入する。したがって、冷房モードでは、エバポレータ２６によって周囲の空気から熱が吸収されると共に、高温ラジエータ４２にてその熱が放出される。

また、冷房モードでは、バッテリ熱交換器３５、ＭＧ熱交換器３６やＰＣＵ熱交換器３７においてバッテリ、ＭＧやＰＣＵの熱が冷却水に移動される。その後、冷却水は、低温ラジエータ３２にて外気と熱交換することによって冷却され、再びこれら熱交換器に流入する。したがって、冷房モードでは、発熱機器用熱交換器にて発熱機器から熱が吸収されると共に低温ラジエータ３２にてその熱が放出される。

なお、バッテリ温度センサ５２によって検出されたバッテリの温度が低い場合には、第１三方弁３３はバイパス流路３ｄ側に設定されてもよい。また、水温センサ５３によって検出された低温回路３内の冷却水の温度が低いときには、第２三方弁３４は発熱機器流路３ｃ側に設定されてもよい。

図５は、バッテリ、ＭＧやＰＣＵ等の発熱機器の急速冷却が要求されている場合の車載温調装置１の作動状態の例（急速冷却モード）を示している。急速冷却モードでは、チラーにより冷却対象である低温回路３の冷却水が冷却され、ひいてはバッテリ等の発熱機器が冷却される。

図５に示したように、急速冷却モードでは、コンプレッサ２１、第２ポンプ３１及び第１ポンプ４１のいずれもが作動せしめられる。また、急速冷却モードでは、第１電磁調整弁２８が閉じられ、且つ第２電磁調整弁２９が開かれ、第３三方弁４３が高温ラジエータ流路４ｂ側に設定される。また、第２三方弁３４は発熱機器流路３ｃ側に設定されると共に、図５に示した例では第１三方弁３３はバッテリ熱交換器３５側に設定される。

この結果、急速冷却モードでは、チラー２７にて低温回路３の冷却水の熱が冷媒に移動されて冷却水が冷却される。このため、低温回路３内では低温の冷却水が循環する。この結果、バッテリ熱交換器３５、ＭＧ熱交換器３６及びＰＣＵ熱交換器３７においてバッテリ、ＭＧ及びＰＣＵから多量の熱が冷却水に移動し、よってバッテリ、ＭＧ及びＰＣＵを急速に冷却することができる。

一方、急速冷却モードでは、冷凍回路２のコンデンサ２２にて冷媒の熱が高温回路４の冷却水に移動されて、高温回路４の冷却水が暖められる。その後、この高温の冷却水が高温ラジエータ４２にて外気と熱交換することによって冷却され、再びコンデンサ２２に流入する。したがって、急速冷却モードでは、発熱機器用熱交換器において発熱機器から熱が吸収されると共に、高温ラジエータ４２にてその熱が放出される。

なお、急速冷却モードにおいても、バッテリ温度センサ５２によって検出されたバッテリの温度が低い場合には、第１三方弁３３はバイパス流路３ｄ側に設定されてもよい。また、急速冷却モードにおいても、車室の冷房が行われてもよい。この場合、冷凍回路２では、第１電磁調整弁２８及び第２電磁調整弁２９がいずれも開かれる。

図６は、車室の暖房が要求されている場合の車載温調装置１の作動状態の例（暖房モード）を示している。暖房モードでは、ヒータコア４４により加熱対象であるヒータコア４４周りの空気が加熱される。

図６に示したように、暖房モードでも、コンプレッサ２１、第２ポンプ３１及び第１ポンプ４１のいずれもが作動せしめられる。また、暖房モードでは、第１電磁調整弁２８が閉じられ、且つ第２電磁調整弁２９が開かれ、第３三方弁４３がヒータ流路４ｃ側に設定される。また、図６に示した例では、第１三方弁３３はバッテリ熱交換器３５側に設定されると共に、第２三方弁３４は低温ラジエータ流路３ｂと発熱機器流路３ｃとの両方に冷却水が流れるように設定される。

この結果、急速冷却モードでは、チラー２７にて低温回路３の冷却水の熱が冷媒に移動されて冷却水が冷却される。低温の冷却水は低温ラジエータ３２を通って外気から熱を吸収する。また、低温の冷却水は、バッテリ熱交換器３５、ＭＧ熱交換器３６及びＰＣＵ熱交換器３７を通ってバッテリ、ＭＧ及びＰＣＵから熱を吸収する。外気や発熱機器から熱を吸収した冷却水はチラー２７にて冷媒に放熱する。

また、急速冷却モードでは、冷凍回路２のコンデンサ２２にて冷媒の熱が高温回路４の冷却水に移動されて、高温回路４の冷却水が温められる。その後、この高温の冷却水がヒータコア４４にて外気と熱交換することによって、ヒータコア４４周りの空気が暖められる。したがって、暖房モードでは、低温ラジエータ３２において外気から熱が吸収され且つ発熱機器用熱交換器において発熱機器から熱が吸収されると共に、ヒータコア４４にてその熱が放出される。

＜冷房開始時の制御＞
次に、図７を参照して冷房を開始するときの各種アクチュエータの制御について説明する。図７は、冷房を開始するときの、冷房モードのＯＮ／ＯＦＦ、第１ポンプ４１の出力、コンプレッサ２１の回転速度、コンデンサ２２を通過する冷却水の流量、コンプレッサ２１の出口における冷媒の温度、コンデンサの出口における冷媒の温度のタイムチャートである。図中の実線は本実施形態における手順にてコンプレッサ及び第１ポンプ４１を駆動した場合の推移を、図中の破線は本実施形態とは異なる手順にてコンプレッサ及び第１ポンプ４１を駆動した場合の推移をそれぞれ示している。

図７に示した例では、時刻ｔ１よりも前においては、冷房モード、急速冷却モード及び暖房モードがいずれもＯＦＦにされている。したがって、ＭＧやＰＣＵの冷却のために第２ポンプ３１は駆動されているが、コンプレッサ２１及び第１ポンプ４１は停止されている。

図７に示した例では、時刻ｔ１において、冷房モードがＯＦＦからＯＮに切り替えられる。本実施形態では、時刻ｔ１において、冷房モードのＯＮへの切替に伴って、第１ポンプ４１が始動される。このため、時刻ｔ１以降、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂを流れる冷却水の流量は、徐々に増大する。一方、本実施形態では、冷房モードがＯＦＦからＯＮに切り替わった時刻ｔ１においては、コンプレッサ２１は始動されない。

図７に示した例では、その後、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂ内を流れる冷却水の流量がほぼ一定になった後の時刻ｔ２において、コンプレッサ２１が始動される。コンプレッサ２１が始動されると、コンプレッサ２１で冷媒が断熱圧縮されることになるため、コンプレッサ２１から送出される冷媒の温度が急速に上昇する。これに伴ってコンデンサ２２の冷媒配管２２ａの出口における冷媒の温度も上昇する。

ところで、本実施形態とは異なって、時刻ｔ１において第１ポンプ４１と同時にコンプレッサ２１を始動させる場合を考える。この場合、図７に破線で示したように、時刻ｔ１以降、コンプレッサ２１から送出される冷媒の温度が急速に上昇する。ところがこのときコンデンサ２２にはまだ十分な流量の冷却水が流れていない。このため、コンプレッサ２１によって加圧された高温の冷媒は、コンデンサ２２において高温回路４の冷却水に十分に放熱できない。この結果、図７に破線で示したように、時刻ｔ１以降、コンデンサ２２の冷媒配管２２ａの出口において、冷媒の温度が高くなる。

このようにコンデンサ２２において十分な放熱ができないと、エバポレータには十分に温度の低下していない冷媒が供給されることになり、エバポレータ２６において周囲の空気の十分な冷却が行われない。したがって、コンプレッサ２１が冷媒に行った仕事に対する冷房の効果が小さく、よって冷房開始の際に冷房の効率が低いものとなる。

これに対して本実施形態ではコンプレッサ２１の始動を遅らせることによって、コンプレッサ２１の始動開始直後から、冷媒から高温回路４の冷却水への放熱が十分に行われる。このため、エバポレータ２６には十分に温度の低下した冷媒が供給されるため、エバポレータ２６において周囲の空気の十分な冷却が行われる。したがって、コンプレッサ２１が冷媒に行った仕事に対する冷房の効果も大きく、よって冷房開始の際においても冷房の効率を高いものとすることができる。

なお、図７に示した例では、冷房モードがＯＦＦからＯＮに切り替えられた場合の制御を示しているが、急速冷却モードがＯＦＦからＯＮに切り替えられた場合にも、同様な制御が行われてもよい。

＜暖房開始時の制御＞
次に、図８を参照して暖房を開始するときの各種アクチュエータの制御について説明する。図８は、暖房を開始するときの、暖房モードのＯＮ／ＯＦＦ等の、図７と同様なタイムチャートである。

図８に示した例でも、時刻ｔ１よりも前においては、冷房モード、急速冷却モード及び暖房モードがいずれもＯＦＦにされている。そして、時刻ｔ１において、暖房モードがＯＦＦからＯＮに切り替えられる。本実施形態では、時刻ｔ１において、暖房モードのＯＮへの切替に伴って、コンプレッサ２１が始動される。このため、時刻ｔ１以降、コンプレッサ２１から送出される冷媒の温度及び圧力が徐々に上昇する。一方、本実施形態では、暖房モードがＯＦＦからＯＮに切り替わった時刻ｔ１においては第１ポンプ４１は始動されない。

暖房が行われるときには基本的に外気の温度が低く、よって冷媒の温度及び圧力も低い。このためコンプレッサ２１を始動してからの冷媒の温度及び圧力の上昇速度は、冷房が必要になる外気の温度が高いときに比べて遅い。

その後、時刻ｔ２において、コンプレッサ２１の出口における冷媒の圧力が所定の基準圧力Ｐｃｒｅｆ以上になると、第１ポンプ４１が始動される。所定の基準圧力Ｐｃｒｅｆは、後述する時刻ｔ１においてコンプレッサ２１と同時に第１ポンプ４１を始動させる場合と比べて冷却水の温度を迅速に昇温させることができ、暖房を早期に効かせることができるように適宜設定される。したがって、時刻ｔ２以降は、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂを流れる冷却水の流量は徐々に増大する。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間においてもコンデンサを介して冷却水に熱が伝わるが、冷却水が循環していないため、図８に示す例では時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間でのコンデンサ出口冷却水温度上昇は有意に上昇してはいない。

特に、図８に示した例では、コンプレッサ２１を始動してからの冷媒の温度及び圧力の上昇速度が遅いため、時刻ｔ２以降もコンプレッサ２１の出口における冷媒の圧力の上昇が続く。その後、ある程度温度が上昇した後に、コンプレッサ２１の出口における冷媒の温度及び圧力がほぼ一定に維持される。

ところで、本実施形態とは異なって、時刻ｔ１においてコンプレッサ２１と同時に第１ポンプ４１を始動させる場合を考える。この場合、図８に破線で示したように、時刻ｔ１以降、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂを流れる冷却水が増大する。ところが、このときコンプレッサ２１からコンデンサ２２の冷媒配管２２ａに流れる冷媒の温度は低い。このため、コンデンサ２２内を高温回路４の冷却水が流れても冷却水の温度はあまり上昇しない。この結果、時刻ｔ１以降におけるコンデンサ２２の出口における高温回路４の冷却水の温度の上昇速度は遅い。

これに対して本実施形態では第１ポンプ４１の始動を遅らせることによって、第１ポンプ４１の始動（時刻ｔ２）にはコンプレッサ２１の出口における冷媒の圧力及び温度が高くなっている。このため、時刻ｔ２において第１ポンプ４１が始動されると、その後、コンデンサ２２の出口における高温回路４の冷却水が熱交換によって急速に昇温される。この結果、冷却水の温度を迅速に昇温させることができ、よって暖房を早期に効かせることができる。

＜フローチャート＞
図９は、冷媒や暖房の開始の際の車載温調装置１のアクチュエータを制御する制御ルーチンのフローチャートである。図示した制御ルーチンはＥＣＵ５１にて一定の時間間隔毎に実行される。

まず、ステップＳ１１において、作動フラグがＯＦＦであるか否かが判定される。作動フラグは、車載温調装置１が冷房モード又は暖房モードにあって冷房又は暖房が行われているときにＯＮにされ、それ以外のときにＯＦＦにされるフラグである。ステップＳ１１において作動フラグがＯＦＦではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１１において作動フラグがＯＦＦであると判定された場合には制御ルーチンはステップＳ１２へと進む。

ステップＳ１２では、冷房要求がなされているか否かが判定される。例えば、ユーザにより操作パネル５７にて冷房スイッチが押されているときや、操作パネル５７にてオートスイッチが押されていて且つ室内温度センサ５５によって検出された室内温度が基準高温度（例えば、２８℃）以上である場合に、冷房要求がなされていると判定される。ステップＳ１２において冷房要求がなされていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１３へと進む。

ステップＳ１３では、第１ポンプ４１が既に作動を開始しているか否かが判定される。或いは、ステップＳ１３では、第１ポンプ４１が作動を開始してから所定の時間（例えば、コンデンサ２２の冷却水配管２２ｂ内を流れる冷却水の流量が目標流量近傍に到達するまでの時間）が経過したか否かが判定されてもよい。ステップＳ１３において、第１ポンプ４１は未だ作動していないと判定されると、制御ルーチンはステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、第１ポンプ４１が駆動され、制御ルーチンが終了せしめられる。

第１ポンプ４１の作動が開始されると、或いは第１ポンプ４１の作動が開始されてから所定時間が経過すると、次の制御ルーチンではステップＳ１３からＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、コンプレッサ２１が駆動され、次いでステップＳ１６では作動フラグがＯＮにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ１２において、冷房要求がなされていないと判定された場合には制御ルーチンはステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、暖房要求がなされているか否かが判定される。例えば、ユーザにより操作パネル５７にて暖房スイッチが押されているときや、操作パネル５７にてオートスイッチが押されていて且つ室内温度センサ５５によって検出された室内温度が基準低温度（例えば、１５℃）以下である場合に、暖房要求がなされていると判定される。ステップＳ１７において暖房要求がなされていないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１７において暖房要求がなされていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１８へと進む。

ステップＳ１８では、冷媒圧力センサ５４によって検出された冷媒の圧力Ｐｃが基準圧力Ｐｃｒｅｆ以上であるか否かが判定される。冷媒の圧力Ｐｃが基準圧力Ｐｃｒｅｆよりも低いと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９ではコンプレッサ２１が駆動され、制御ルーチンが終了せしめられる。

その後、コンプレッサ２１の駆動によって冷媒の圧力Ｐｃが基準圧力Ｐｃｒｅｆ以上にまで上昇すると、次の制御ルーチンではステップＳ１８からＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、第１ポンプ４１が駆動され、次いでステップＳ２１では作動フラグがＯＮにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

なお、作動フラグは、冷房や暖房の停止に伴ってコンプレッサ２１及び第１ポンプ４１が停止されると、ＯＦＦにリセットされる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

１ 車載温調装置
２ 冷凍回路
３ 低温回路
４ 高温回路
２１ コンプレッサ
２２ コンデンサ
２６ エバポレータ
２７ チラー
３１ 第２ポンプ
３２ 低温ラジエータ
４１ 第１ポンプ
４２ 高温ラジエータ
４４ ヒータコア

Claims (5)

1. 外気と熱交換する第１ラジエータと第１熱交換器と第１ポンプとを有すると共に、該第１ポンプが駆動されると第１熱媒体が循環するように構成された第１熱回路と、
   冷媒から前記第１熱媒体に放熱させることで前記冷媒を凝縮させる前記第１熱交換器と、前記冷媒に吸熱させることで該冷媒を蒸発させて冷却対象を冷却する第２熱交換器と、コンプレッサとを有すると共に、該コンプレッサが駆動されると前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を通って冷媒が循環することで冷凍サイクルを実現するように構成された冷凍回路と、を備え、
   前記冷却対象の冷却を開始するときには、前記第１ポンプが始動された後に前記コンプレッサが始動される、車載温調装置。
2. 前記第１熱回路は、車室内の暖房に用いられるヒータコアを更に有すると共に、前記第１熱媒体が前記第１ラジエータと前記ヒータコアとの少なくとも一方を通って循環するように前記第１熱媒体の流通態様を変更可能に構成され、
   前記車室の暖房を開始するときには、前記コンプレッサが始動された後に前記第１ポンプが始動されると共に、前記第１熱回路では前記第１熱媒体が前記ヒータコアを通るように循環される、請求項１に記載の車載温調装置。
3. 前記冷却対象を冷却するときには、前記第１熱回路では前記第１熱媒体が前記第１ラジエータを通るように循環される、請求項２に記載の車載温調装置。
4. 外気と熱交換する第２ラジエータと、前記第２熱交換器と、発熱機器と熱交換する発熱機器用熱交換器と、第２ポンプとを有する第２熱回路を更に備え、
   前記第２熱回路は、第２熱媒体が前記第２熱交換器を通ると共に前記第２ラジエータと前記発熱機器用熱交換器との少なくとも一方を通って循環するように前記第２熱媒体の流通態様を変更可能に構成され、
   前記車室を暖房するときには、前記第２熱回路では前記第２熱媒体が前記第２ラジエータを通るように循環される、請求項２又は３に記載の車載温調装置。
5. 前記発熱機器を冷却すべく前記冷却対象として前記第２熱媒体を冷却するときには、前記第２熱回路では前記第２熱媒体が前記発熱機器用熱交換器を通るように循環される、請求項４に記載の車載温調装置。

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