JP2023107645A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車室内の暖房及びバッテリ加熱を同時に行うと共に、車室内の温度及びバッテリの温度を最適な温度制御を行う。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒と車室内に供給する空気とを熱交換させる室内熱交換器４、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器７及び温調対象熱交換器６４を含む冷媒回路Ｒと、温調対象熱交換器を通過して冷媒と熱交換する熱媒体が循環し、車両に搭載される温調対象の温度を、温調対象熱交換器を流れる熱媒体により調整する熱媒体回路６０と、冷媒回路及び熱媒体回路を制御する制御装置１００を備え、冷媒回路は、圧縮機から吐出した冷媒を、室外熱交換器を迂回させ、室内熱交換器と温調対象熱交換器とを経て圧縮機の吸入側に流入させるホットガス回路を有し、制御装置は、ホットガス回路に冷媒を流通させて圧縮機で圧縮した冷媒の熱により車室内の暖房と温調対象の加熱を行うホットガスモードを実行可能である車両用空調装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に適用されるヒートポンプ式の車両用空調装置であって、特に、車両に搭載されたバッテリの温調と車室内の空調とを同時に行うことができる車両用空調装置に関する。

近年、車両に搭載されたバッテリから供給される電力によって走行用モータを駆動するハイブリッド自動車や電気自動車等の車両が普及している。このような車両に搭載される車両用空調装置として、圧縮機、室内熱交換器（冷房時は蒸発器、暖房時は凝縮器）、室外熱交換器（冷房時は凝縮器、暖房時は蒸発器）、及び膨張弁が接続された冷媒回路を備え、室内熱交換器において冷媒と熱交換した空気を車室内に供給して車室内の空調を行うものが知られている。

ところで、バッテリは、所定の温度範囲内の環境下で用いられることで適切な性能が確保され、期待されるライフサイクルを実現できるものであり、上記温度範囲外の環境下で使用が継続されるとバッテリの性能の低下や劣化、損傷を招く。
このため、車両用空調装置において、車室内の空調を行うと共にバッテリの温度調整を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の車両用空調装置では、バッテリが高温環境下で使用されることに起因する劣化を抑制するために、バッテリ冷却用の冷媒－熱媒体熱交換器を設け、冷媒回路において冷媒を冷媒－熱媒体熱交換器に流し、冷媒と熱交換して冷却された熱媒体によりバッテリを冷却している。

特開２０２１－１６０４６９号公報

一方、バッテリが所定の温度範囲外の低温環境下で使用される際にも、バッテリの動作環境を確保すると共に劣化や損傷を抑制するために温度調整を行う必要がある。すなわち、低温環境下ではバッテリの加熱を要し、特に、外気温度が極端に低い（極低温環境）場合には、車室内の暖房とバッテリの加熱を併せて行うことが好ましい場合がある。

しかしながら、特許文献１では、バッテリの加熱はもちろん、極低温環境下で車室内の暖房とバッテリの加熱を併せて行うことについて考慮されていない。仮に、極低温環境下で車室内の暖房とバッテリの加熱を併せて行う場合には、バッテリの加熱を優先させて冷媒－熱媒体熱交換器を通過する熱媒体の温度が目標温度となるように圧縮機を制御する、又は、車室内の暖房を優先させて室内熱交換器を流れる冷媒の温度が目標温度となるように圧縮機を制御することが考えられる。

ところが、通常、バッテリの目標温度と暖房の目標温度とには乖離があるため、例えば、バッテリの加熱を優先させて圧縮機を制御すると、室内熱交換器を流れる冷媒の温度が目標温度を超え、車室内暖房の温度調整で熱ロスが生じる。反対に、車室内の暖房を優先させて圧縮機を制御すると、熱媒体の水温が目標温度に至らずバッテリを所望の温度まで加熱することができない。つまり、室内熱交換器又は熱媒体のうち、いずれか一方の目標温度を優先させて圧縮機を制御すると、他方の目標温度に満たない又は熱ロスが生じ、適正且つ効率的な温調制御を行うことができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車室内の暖房及びバッテリ加熱を同時に行うと共に、車室内の温度及びバッテリの温度を共に適正且つ効率的に制御すること、などを課題としている。

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給する空気とを熱交換させるための室内熱交換器、冷媒と外気とを熱交換させるための室外熱交換器、及び、温調対象熱交換器を含む冷媒回路と、前記温調対象熱交換器を通過して冷媒と熱交換する熱媒体が循環し、車両に搭載される温調対象の温度を、前記温調対象熱交換器を流れる熱媒体により調整する熱媒体回路と、前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御する制御装置を備え、前記冷媒回路は、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記室外熱交換器を迂回させ、前記室内熱交換器と前記温調対象熱交換器とを経て前記圧縮機の吸入側に流入させるホットガス回路を有し、前記制御装置は、前記ホットガス回路に冷媒を流通させて、前記圧縮機で圧縮した冷媒の熱により前記車室内を暖房すると共に前記温調対象を加熱するホットガスモードを実行可能である、車両用空調装置を提供する。

本発明によれば、車室内の暖房及びバッテリ加熱を同時に行うと共に、車室内の温度及びバッテリの温度と共に適正且つ効率的に制御すること、ができる。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の概略構成及び冷媒の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、ホットガス回路を利用した各空調モードの実行時における冷媒回路の冷媒の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、ホットガス暖房モード及びホットガスモード実行時の冷媒の状態変化を表したモリエル線図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、バッテリ加熱モード実行時の冷媒の状態変化を表したモリエル線図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の制御装置における圧縮機の目標回転数ＴＧＮＣを算出する制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、外気吸熱暖房モードの実行時における冷媒回路の冷媒の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、外気吸熱暖房モード実行時の冷媒の状態変化を表したモリエル線図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、バッテリ冷却モードの実行時における冷媒回路の冷媒の流れを示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の概略構成を示す。車両用空調装置１は、例えば、エンジン（内燃機関）が搭載されていない電気自動車（ＥＶ）やエンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車などの車両に適用することができる。このような車両は、バッテリ５５（例えば、リチウム電池）が搭載され、外部電源からバッテリ５５に充電された電力を、走行用モータ（電動モータ）を含むモータユニット（不図示）に供給することで駆動し、走行する。車両用空調装置１も、バッテリ５５から給電されて駆動される。

車両用空調装置１は、ヒートポンプ運転を行うための冷媒回路Ｒと、温調対象としてバッテリ５５の温度を調整する熱媒体回路６０とを備えている。熱媒体回路６０は、冷媒回路Ｒに対して後述する温調対象熱交換器６４を介して熱交換可能に接続される。車両用空調装置１は、冷媒回路Ｒを用いたヒートポンプ運転により暖房運転や冷房運転等の空調運転を含む各種運転モードを選択的に実行することで、車室内の空調及びバッテリ５５の温度調整を行う。

なお、熱媒体回路６０は、温調対象として、バッテリ５５以外にも、例えば、モータユニットや、車両に搭載されて発熱するその他の機器の温度調整を行うことができる。

冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する圧縮機２と、車室内の空気が通気循環されるＨＶＡＣユニット１０の空気流通路３内に設けられ、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する室内熱交換器４と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる室外膨張弁６と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器（凝縮器）として機能し、暖房時には冷媒を吸熱させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせるための室外熱交換器７と、冷媒を減圧膨張させる室内膨張弁８と、空気流通路３内に設けられて冷房時及び除湿時に車室内外から冷媒に吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器９と、アキュムレータ１２等が冷媒配管１３Ａ～１３Ｋにより接続されて構成されている。

室外膨張弁６及び室内膨張弁８は、いずれも図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される室外膨張弁６は、室外熱交換器７を用いた暖房運転時や除霜運転時に、室内熱交換器４から流出し室外熱交換器７に流入する冷媒を減圧膨張させる室内膨張弁８は、吸熱器９に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器９における冷媒の吸熱量、つまり通過空気の冷却能力を調整する。

室外熱交換器７の冷媒出口と吸熱器９の冷媒入口とは冷媒配管１３Ａにより接続されている。冷媒配管１３Ａには、室外熱交換器７側から順に、逆止弁１８と室内膨張弁８とが設けられている。逆止弁１８は、吸熱器９に向かう方向が順方向となるように冷媒配管１３Ａに設けられる。冷媒配管１３Ａは、逆止弁１８よりも室外熱交換器７側の位置で冷媒配管１３Ｂに分岐すると共に、逆止弁１８と室内膨張弁８との間で冷媒配管１３Ｉに分岐している。

冷媒配管１３Ａから分岐した冷媒配管１３Ｂは、アキュムレータ１２の冷媒入口に接続されている。冷媒配管１３Ｂには、室外熱交換器７側から順に、暖房時に開放される電磁弁２１及び逆止弁２０が設けられている。逆止弁２０は、アキュムレータ１２に向かう方向が順方向となるように接続されている。冷媒配管１３Ｂの電磁弁２１と逆止弁２０との間は冷媒配管１３Ｃに分岐している。冷媒配管１３Ｂから分岐した冷媒配管１３Ｃは、吸熱器９の冷媒出口に接続されている。アキュムレータ１２の冷媒出口と圧縮機２とは、冷媒配管１３Ｄにより接続されている。

圧縮機２の冷媒出口と室内熱交換器４の冷媒入口とは、冷媒配管１３Ｅにより接続されている。室内熱交換器４の冷媒出口には冷媒配管１３Ｆの一端が接続され、冷媒配管１３Ｆの他端側は室外膨張弁６の手前（冷媒上流側）で冷媒配管１３Ｇと冷媒配管１３Ｈに分岐している。分岐した一方の冷媒配管１３Ｇが室外膨張弁６を介して室外熱交換器７の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管１３Ｈは、冷媒配管１３Ａの逆止弁１８と室内膨張弁８との間に接続されている。冷媒配管１３Ｈの冷媒配管１３Ａとの接続点より冷媒上流側には、電磁弁２２が設けられている。電磁弁２２は電子膨張弁であってもよい。

また、冷媒配管１３Ａから分岐した冷媒配管１３Ｉは、温調対象熱交換器６４の冷媒流路６４Ａに接続され、冷媒配管１３Ｉには、チラー膨張弁７２が設けられている。チラー膨張弁７２は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される。チラー膨張弁７２は温調対象熱交換器６４の冷媒流路６４Ａに流入する冷媒を減圧膨張させる。温調対象熱交換器６４の冷媒流路６４Ａの出口には冷媒配管１３Ｊの一端が接続されている。冷媒配管１３Ｊの他端は、冷媒配管１３Ｂのアキュムレータ１２入口近傍に接続されている。

これにより、冷媒配管１３Ｈは室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８の直列回路に対して並列に接続され、室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８をバイパスする。そして、冷媒配管１３Ｈと冷媒配管１３Ｉとにより、圧縮機２から吐出した冷媒を室内熱交換器４に流し、室外熱交換器７を迂回させて、温調対象熱交換器６４とを経て圧縮機２の吸入側に流入させるホットガス回路を構成する。冷媒配管１３Ｈに設けられた電磁弁２２の開閉に応じて冷媒配管１３Ｇに冷媒を流入させるか否か、つまりホットガス回路を用いるか否かを選択できるようになっている。

また、圧縮機２の冷媒出口とアキュムレータ１２の冷媒吸入側とは冷媒配管１３Ｋにより接続されている。冷媒配管１３Ｋには、電子膨張弁２４が設けられ、電子膨張弁２４を開状態とすることにより、圧縮機２から吐出した冷媒を再び圧縮機２に吸入させるバイパス回路を構成することができる。

吸熱器９の空気上流側における空気流通路３には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されている（図１では吸込口２５で代表して示す）。吸込口２５には吸込切換ダンパ２６が設けられている。吸込切換ダンパ２６により、車室内の空気である内気と、車室外の空気である外気とを適宜切り換えて吸込口２５から空気流通路３内に導入する。吸込切換ダンパ２６の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路３に送給するための室内送風機２７が設けられている。

室内熱交換器４の空気上流側における空気流通路３内には、空気流通路３内に流入し、吸熱器９を通過した後の空気流通路３内の空気（内気や外気）を室内熱交換器４及び補助ヒータ２３に通風する割合を調整するエアミックスダンパ２８が設けられている。

なお、補助暖房手段として、例えば、圧縮機廃熱によって加熱した温水を空気流通路３に配置したヒータコアに循環させることにより、送風空気を加熱する形態とすることもできる。

熱媒体回路６０は、熱媒体回路６０に熱媒体を循環させてバッテリ５５に熱媒体を流すためのポンプ６１と、温調対象熱交換器６４を備え、温調対象であるバッテリ５５に熱媒体を通過させてバッテリ５５の温度を調整する。

熱媒体回路６０は、温調対象熱交換器６４において冷媒回路Ｒを循環する冷媒と熱媒体とか熱交換するように設けられている。すなわち、熱媒体回路６０では、熱媒体が温調対象熱交換器６４の熱媒体流路６４Ｂを通過し、温調対象熱交換器６４の冷媒流路６４Ａを通過する冷媒と熱交換する。冷媒と熱交換することで温調された熱媒体が、ポンプ６１によって熱媒体回路６０を循環することでバッテリ５５を通過し、バッテリ５５の温度調整を行う。
このように、温調対象熱交換器６４は、冷媒回路Ｒの一部を構成すると同時に、熱媒体回路６０の一部をも構成する。

熱媒体回路６０で使用される熱媒体としては、例えば、水、ＨＦＯ－１２３４ｙｆのような冷媒、水に不凍液等を加えたクーラント液等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、本実施形態ではクーラント液を熱媒体として採用している。また、バッテリ５５の周囲には例えば、熱媒体が当該バッテリ５５と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。

図２に、車両用空調装置１の制御を司る制御装置１００の概略構成を示す。制御装置１００は、車両用空調装置１が車両に搭載された際に、モータユニットの駆動制御やバッテリ５５の充放電制御を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ３５とＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ(Local Interconnect Network)等の車載ネットワークにより相互に通信可能に接続され、情報の送受信を行う。

制御装置１００及び車両コントローラ３５には、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサや電気回路、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶素子を備えたコンピュータを適用することができる。

制御装置１００には、以下の各センサや検出器が接続され、これらの各センサや検出器等の出力が入力される。なお、以下の説明において、本実施形態に係る車両用空調装置１による動作に直接関係しない構成については図示及び説明を省略する。

具体的には、制御装置１００には、車両の外気温度Ｔａｍを検出する外気温度センサ３３と、吸込口２５から空気流通路３に吸い込まれる空気の温度を検出するＨＶＡＣ吸込温度センサ３６と、車室内の空気の温度（内気温度Ｔｉｎ）を検出する内気温度センサ３７と、吹出口２９から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ４１と、圧縮機２の吐出冷媒温度又は室内熱交換器４の冷媒入口温度を検出する吐出温度センサ４３と、圧縮機２の吸込冷媒温度ＴＳ及び圧力ＰＳを検出する吸込温度・圧力センサ４６と、室内熱交換器４の温度（室内熱交換器４を経た冷媒の温度、又は、室内熱交換器４自体の温度Ｔｃｉ）を検出する室内熱交換器温度センサ４４と、室内熱交換器４の圧力（本実施形態では、室内熱交換器４を出た直後の冷媒圧力：室内熱交換器出口圧力Ｐｃｉ）を検出する室内熱交換器圧力センサ４７と、設定温度や空調運転の切り換えを設定するための空調操作部５３と、が接続されている。

上記のほか、制御装置１００には、バッテリ５５の温度を検出するバッテリ温度センサ７６や、温調対象熱交換器６４の熱媒体流路を出てバッテリ５５に入る熱媒体の温度Ｔｗ（以下、「チラー水温」という）を検出する熱媒体温度センサ７９が接続されている。バッテリ５５の温度を把握するには、バッテリ温度センサ７６又は熱媒体温度センサ７９の何れかを適宜用いることができる。

一方、制御装置１００の出力には、圧縮機２、室内送風機２７、吸込切換ダンパ２６、エアミックスダンパ２８、室外膨張弁６、室内膨張弁８、電磁弁２１,２２、電子膨張弁２４、ポンプ６１、及びチラー膨張弁７２が接続されている。制御装置１００は各センサの出力と空調操作部５３にて入力された設定及び車両コントローラ３５からの情報に基づいてこれらを制御する。

このように構成された車両用空調装置１では、車両用空調装置１が搭載された車両が走行する環境や車両の状態に応じて、複数の空調モードから最適な空調モードを選択して実行することができる。例えば、車両が、所定温度未満の極低温環境下で走行する場合には、室外熱交換器７において外気から吸熱を行うことができないため、ホットガス回路を利用して車室内の暖房を行うホットガス暖房モードを実行する。

また、極低温環境下においては、バッテリ５５を加熱する必要が生じるため、ホットガス回路を利用したバッテリ加熱モードや、暖房とバッテリの加熱とを同時に行うホットガスモードを実行する。この他、室外熱交換器７において外気から吸熱が可能な場合に車室内の暖房を行う外気吸熱暖房モードや、バッテリ５５の冷却を行うバッテリ冷却モード、吸熱器９において冷却された空気により車室内の冷房を行う冷房モード等の各種の空調モードを実行することができる。

以下、本実施形態においては、ホットガス回路を利用した各空調モード（すなわち、本実施形態では、暖房モード、バッテリ加熱モード、及び、ホットガスモードの３つのモード）の実行時の車両用空調装置１の動作について説明する。

図３は、ホットガス回路を利用した各空調モードの実行時における冷媒回路Ｒの冷媒の流れを示している。図３において、冷媒が流れている冷媒配管を太線で示している。ホットガス回路を利用したホットガス暖房モード、バッテリ加熱モード、及び、ホットガスモードは圧縮機２の回転数、冷媒回路Ｒを循環する冷媒量、熱媒体回路６０を循環する熱媒体量、及び、ＨＶＡＣユニット１０を通過する送風流量等について互いに異なる場合があるものの、冷媒回路Ｒにおける冷媒が循環または通過する流路は同一となる。

制御装置１００により（オートモード）、又は、空調操作部５３へのマニュアル操作（マニュアルモード）により暖房運転が選択され、車両が極低温環境下を走行している場合に、制御装置１００はホットガス回路を利用した暖房運転を開始する。制御装置１００は、室外膨張弁６、室内膨張弁８及び電磁弁２１を閉じ、電磁弁２２、チラー膨張弁７２を開くと共に、電子膨張弁２４を開く。これにより、ホットガス回路、及び、バイパス回路が構成され、冷媒が循環可能となる。

この状態で、圧縮機２の運転を開始すると、圧縮機２から吐出された冷媒は、一部がホットガス回路を循環し、残りがバイパス回路を循環する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒の一部は、室内熱交換器４を通過し、電磁弁２２及びチラー膨張弁７２を経て、温調対象熱交換器６４を通過し、アキュムレータ１２を経て圧縮機２へ戻る。一方、圧縮機２から吐出された冷媒の残りは、電子膨張弁２４及びアキュムレータ１２を経て圧縮機２へ戻る。
以下、各モード間において異なる点、及び、各モードの冷媒回路Ｒを循環する冷媒の状態について説明する。

（１）ホットガス暖房モード
ホットガス暖房モードにおいて、制御装置１００は、室内送風機２７を運転し、エアミックスダンパ２８が室内送風機２７から吹き出された空気が室内熱交換器４に通風される割合を調整する状態とする。また、ポンプ６１を動作させず、熱媒体回路６０に熱媒体を循環させない。つまり、冷媒は、温調対象熱交換器６４の通過時に熱媒体との熱交換を行わない。

図４に、ホットガス暖房モードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図を示す。
圧縮機２から吐出して室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、空気流通路３内の空気と熱交換することで、空気流通路３内の空気が冷媒によって加熱され、加熱された空気が吹出口２９から車室内へ吹き出されて暖房が行われる。室内熱交換器４で熱交換した冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮する。

凝縮した冷媒は室内熱交換器４を出た後、冷媒配管１３Ｆ、１３Ｈ、１３Ａ、１３Ｉを通過してチラー膨張弁７２を経て温調対象熱交換器６４を通過する。冷媒は、チラー膨張弁７２において膨張して低温低圧となり、温調対象熱交換器６４において熱媒体との熱交換を行わずに通過し、冷媒配管１３Ｊ、１３Ｂを経てアキュムレータ１２に流入する。

一方、圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管１３Ｋを経て電子膨張弁２４で膨張されて再びアキュムレータ１２に流入する。すなわち、アキュムレータ１２には、室内熱交換器４で液化した冷媒と、圧縮機２で圧縮された後に電子膨張弁２４で膨張された冷媒とが流入することとなる。アキュムレータ１２に流入した冷媒は、気液分離された後、ガス冷媒として冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

制御装置１００は、ホットガス暖房モードの実行時において、室内熱交換器４の目標温度である目標ヒータ温度ＴＣＯに基づいて、ホットガス回路を用いた暖房運転に必要となる圧縮機２の第１目標回転数ＴＧＮＣｈを算出し、第１目標回転数ＴＧＮＣｈに基づいて圧縮機２を制御している。第１目標回転数ＴＧＮＣｈは以下のように算出される（図６の下側に示すブロック図参照）。

制御装置１００において、ＰＣＯ算出処理部８５は、外気温度Ｔａｍと、空気流通路３内を流通する空気の風量Ｇａ（室内送風機２７のブロワ電圧ＢＬＶでもよい）と、目標ヒータ温度ＴＣＯから得られる室内熱交換器４の目標圧力ＰＣＯとに基づいて第１目標回転数のＦ／Ｆ（フィードフォワード）操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＦを算出する。

また、目標圧力ＰＣＯと室内熱交換器４の圧力Ｐｃｉに基づくＰＩＤ（比例積分微分）演算、若しくは、ＰＩ（比例積分）演算により第１目標回転数のＦ／Ｂ（フィードバック）操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＢを算出する。そして、Ｆ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＦとＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＢが加算され、リミットが付されて第１目標回転数ＴＧＮＣｈが算出される。

つまり、室内熱交換器４の圧力Ｐｃｉが目標ヒータ温度ＴＣＯから算出される目標圧力ＰＣＯよりも高い場合には、第１目標回転数ＴＧＮＣｈを低下させる。室内熱交換器４の圧力Ｐｃｉが目標圧力ＰＣＯと等しい場合には、第１目標回転数ＴＧＮＣｈを保持する。室内熱交換器４の圧力Ｐｃｉが目標圧力ＰＣＯよりも低い場合には、第１目標回転数ＴＧＮＣｈを上昇させる。

（２）バッテリ加熱モード
バッテリ加熱モードにおいて、制御装置１００は、室内送風機２７を運転させず、室内熱交換器４において冷媒と空気との熱交換が行われない状態とする。つまり、冷媒は、室内熱交換器４を通過するのみとなる。また、ポンプ６１を動作させ、熱媒体回路６０に熱媒体を循環させて温調対象熱交換器６４において冷媒と熱媒体との熱交換が行われる状態とする。

図５に、バッテリ加熱モードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図を示す。
圧縮機２から吐出して室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、空気流通路３内の空気と熱交換せずに通過し、冷媒は室内熱交換器４を出た後、高温高圧のガス冷媒の状態で冷媒配管１３Ｆ、１３Ｈ、１３Ａ、１３Ｉを通過してチラー膨張弁７２を経て温調対象熱交換器６４を通過する。冷媒は、温調対象熱交換器６４において熱媒体と熱交換することで、熱媒体回路６０を循環する熱媒体が冷媒によって加熱され、加熱された熱媒体によりバッテリ５５が加熱される。温調対象熱交換器６４で熱交換した冷媒は熱媒体に熱を奪われて冷却されて凝縮し、冷媒配管１３Ｊ、１３Ｂを経てアキュムレータ１２に流入する。

一方、圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管１３Ｋを経て電子膨張弁２４で膨張されて再びアキュムレータ１２に流入する。すなわち、アキュムレータ１２には、温調対象熱交換器６４で液化した冷媒と、圧縮機２で圧縮された後に電子膨張弁２４で膨張された冷媒とが流入することとなる。アキュムレータ１２に流入した冷媒は、気液分離された後、ガス冷媒として冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

制御装置１００は、バッテリ加熱モードの実行時において、バッテリ５５を通過する熱媒体である水の温度（以下、チラー水温Ｔｗ）の目標温度である目標チラー温度ＴＷＯに基づいて、ホットガス回路を用いたバッテリ加熱に必要となる圧縮機２の第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを算出し、第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂに基づいて圧縮機２を制御している。第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂは以下のように算出される（図６の上側に示すブロック図参照）。

制御装置１００は、外気温度Ｔａｍと、熱媒体回路６０を循環する熱媒体の流量Ｇｗ（ポンプ６１の出力から算出される）と、バッテリ５５の発熱量と、バッテリ温度と、チラー水温Ｔｗの目標値である目標チラー水温ＴＷＯに基づいて第２目標回転数のＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＦを算出する。

また、目標チラー水温ＴＷＯとチラー水温Ｔｗに基づくＰＩＤ演算若しくはＰＩ演算により第２目標回転数のＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＢを算出する。そして、Ｆ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＦとＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＢとが加算され、リミットが付されて第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂが算出される。

つまり、チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯよりも高い場合には、第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを低下させる。チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯと等しい場合には、第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを保持する。チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯよりも低い場合には、第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを増加させる。

（３）ホットガスモード（ホットガス暖房及びバッテリ加熱を同時に実施するモード）
ホットガスモードにおいて、制御装置１００は、室内送風機２７を運転し、エアミックスダンパ２８が室内送風機２７から吹き出された空気が室内熱交換器４に通風される割合を調整する状態とする。また、ポンプ６１を動作させて熱媒体回路６０に熱媒体を循環させ、温調対象熱交換器６４において冷媒と熱媒体との熱交換が行われる状態とする。

ホットガスモードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図は、図４のホットガス暖房モードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図と同様となるので、図示を省略する。
圧縮機２から吐出して室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、空気流通路３内の空気と熱交換することで、空気流通路３内の空気が冷媒によって加熱され、加熱された空気が吹出口２９から車室内へ吹き出されて暖房が行われる。室内熱交換器４で熱交換した冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮する。

凝縮した冷媒は室内熱交換器４を出た後、冷媒配管１３Ｆ、１３Ｈ、１３Ａ、１３Ｉを通過してチラー膨張弁７２を経て温調対象熱交換器６４を通過する。冷媒は、温調対象熱交換器６４において熱媒体と熱交換することで、熱媒体回路６０を循環する熱媒体が冷媒によって加熱され、加熱された熱媒体によりバッテリ５５が加熱される。温調対象熱交換器６４で熱交換した冷媒は熱媒体に熱を奪われて冷却されて凝縮し、冷媒配管１３Ｊ、１３Ｂを経てアキュムレータ１２に流入する。

一方、圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管１３Ｋを経て電子膨張弁２４で膨張されて再びアキュムレータ１２に流入する。すなわち、アキュムレータ１２には、室内熱交換器４及び温調対象熱交換器６４で液化した冷媒と、圧縮機２で圧縮された後に電子膨張弁２４で膨張された冷媒とが流入することとなる。アキュムレータ１２に流入した冷媒は、気液分離された後、ガス冷媒として冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

制御装置１００は、ホットガスモードの実行時において、室内熱交換器４の目標温度である目標ヒータ温度ＴＣＯに基づいて第１目標回転数ＴＧＮＣｈを算出すると共に、チラー水温Ｔｗの目標温度である目標チラー温度ＴＷＯに基づいて第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを算出し、第１目標回転数と第２目標回転数のうち、いずれか大きい値を目標回転数ＴＧＮＣとして、これに従って圧縮機２を制御する。目標回転数ＴＧＮＣは以下のように算出される。

図６は圧縮機２の目標回転数ＴＧＮＣを算出する制御装置１００の制御ブロック図である。
まず、室内熱交換器４の温度を制御するための第１目標回転数ＴＧＮＣｈの算出について説明する。図６の下側は、室内熱交換器４の目標ヒータ温度ＴＣＯに基づいて圧縮機２の第１目標回転数ＴＧＮＣｈを算出する制御ブロック図である。制御装置１００において、ＰＣＯ算出処理部８５は、目標ヒータ温度ＴＣＯから室内熱交換器４の目標圧力ＰＣＯを算出し、Ｆ／Ｆ（フィードフォワード）操作量演算部８６に出力する。Ｆ／Ｆ操作量演算部８６は、外気温度Ｔａｍと、空気流通路３内を流通する空気の風量Ｇａと、ＰＣＯ算出処理部８５において算出された目標圧力ＰＣＯとに基づいて圧縮機目標回転数のＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＦを算出する。

また、Ｆ／Ｂ（フィードバック）操作量演算部８７は目標圧力ＰＣＯと室内熱交換器４の圧力Ｐｃｉに基づくＰＩＤ（比例積分微分）演算、若しくは、ＰＩ（比例積分）演算により第１目標回転数のＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＢを算出する。そして、Ｆ／Ｆ操作量演算部８６が算出したＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＦとＦ／Ｂ操作量演算部８７が算出したＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＢは加算器８８で加算され、リミット設定部８９に入力される。

リミット設定部８９では、制御上の下限回転数ＴＧＮＣｈ_Ｌｉｍ_Ｌｏと上限回転数ＴＧＮＣｈ_Ｌｉｍ_Ｈｉのリミットが付けられてＴＧＮＣｈ０とされた後、圧縮機ＯＦＦ制御部９１を経て圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｈとして決定される。尚、車両用空調装置１の運転開始時にはＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＢは得られないため、Ｆ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈ_ＦＦが第１目標回転数ＴＧＮＣｈとして決定されることになる。決定された第１目標回転数ＴＧＮＣｈは、最大値選択部１０２に入力される。

次に、チラー水温Ｔｗを制御するための第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂの算出について説明する。図６の上側は、目標チラー水温ＴＷＯに基づいて圧縮機２の第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを算出する制御装置１００の制御ブロック図である。制御装置１００は、Ｆ／Ｆ操作量演算部９２において、外気温度Ｔａｍと、熱媒体回路６０を循環する熱媒体の流量Ｇｗと、バッテリ５５の発熱量と、バッテリ温度と、チラー水温Ｔｗの目標値である目標チラー水温ＴＷＯに基づいて第２目標回転数のＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＢを算出する。

また、Ｆ／Ｂ操作量演算部９３は目標チラー水温ＴＷＯとチラー水温Ｔｗに基づくＰＩＤ演算若しくはＰＩ演算により第２目標回転数のＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＢを算出する。そして、Ｆ／Ｆ操作量演算部９２が算出したＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＦとＦ／Ｂ操作量演算部９３が算出したＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＢは加算器９４で加算され、リミット設定部９６に入力される。

リミット設定部９６では制御上の下限回転数ＴＧＮＣｈｂ_Ｌｉｍ_Ｌｏと上限回転数ＴＧＮＣｈｂ_Ｌｉｍ_Ｈｉのリミットが付けられてＴＧＮＣｈｂ０とされた後、圧縮機ＯＦＦ制御部９７を経て第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂとして決定される。なお、車両用空調装置１の運転開始時にはＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＢは得られないため、Ｆ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈｂ_ＦＦが第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂとして決定されることになる。決定された第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂは、最大値選択部１０２に入力される。

最大値選択部１０２は、入力された値のうち、最大値を選択し、目標回転数ＴＧＮＣとして出力する。制御装置１００は、最大値選択部１０２で選択された目標回転数ＴＧＮＣにより圧縮機２の運転（回転数）を制御する。

ここで、最大値選択部１０２において、目標回転数ＴＧＮＣとして第１目標回転数ＴＧＮＣｈが選択された場合であって、チラー水温Ｔｗが目標温度ＴＷＯに到達せずにバッテリ５５を十分に加熱できない場合、制御装置１００は、ポンプ６１により熱媒体回路６０を循環する熱媒体量を調整することでバッテリ５５の温度調整を行う。また、チラー水温Ｔｗが目標温度ＴＷＯを超える場合、制御装置１００は、バッテリ加熱を停止してホットガス暖房モードに切換える。すなわち、制御装置１００は、ポンプ６１を停止させて熱媒体回路６０における熱媒体の循環を停止させて、温調対象熱交換器６４における冷媒と熱媒体との熱交換を行わせないように制御する。

一方、最大値選択部１０２において、目標回転数ＴＧＮＣとして第２目標回転数ＴＧＮＣｈが選択された場合であって、室内熱交換器４の温度Ｔｃｉが目標ヒータ温度ＴＣＯを超えて暖房が過剰となる恐れがある場合又は目標ヒータ温度ＴＣＯに達しない場合には、制御装置１００は、エアミックスダンパ２８の開閉制御を行い、吹出口２９から吹き出す空気の温度を調整する。

なお、上述のホットガス回路を利用した各空調モードでは、バイパス回路を併用する例について説明したが、必ずしもバイパス回路を利用する必要はなく、ホットガス回路のみを利用して各空調モードを実行しても良い。バイパス回路を利用する場合は、圧縮機２で圧縮されて高温高圧となった冷媒を、バイパス回路を経て再び圧縮機２へ戻すため、圧縮機２での動力の上乗せを行うことができる。このため、バイパス回路を利用しない場合に比してより早期に車室内へ所望の温度の空気を供給することができ、より早期に熱媒体回路６０の熱媒体を所望の温度まで加熱することができるという利点がある。

以上説明してきたように、本実施形態に係る車両用空調装置１によれば、制御装置１００が、室内熱交換器４の目標温度である目標ヒータ温度ＴＣＯに基づいて第１目標回転数ＴＧＮＣｈを算出すると共に、チラー水温Ｔｗの目標温度である目標チラー温度ＴＷＯに基づいて第２目標回転数ＴＧＮＣｈｂを算出し、第１目標回転数と第２目標回転数のうち、いずれか大きい値を目標回転数ＴＧＮＣとして、これに従って圧縮機２を制御する。

このため、車室内の暖房及びバッテリ加熱を同時に行う場合において、室内熱交換器４又は温調対象熱交換器６４の負荷が変動した場合であっても、暖房能力が不足したり、加熱能力が不足したりすることなく、車室内の温度及びバッテリの温度共に最適な温度制御を行うことができる。

なお、図１に示す本実施形態に係る車両用空調装置１において実行可能な他の空調モードの参考例として、以下、外気吸熱暖房モード及びバッテリ冷却モードについて説明する。
（外気吸熱暖房モード）
図７は、外気吸熱暖房モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れ（太線）を示している。また、図８は、外気吸熱暖房モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。
制御装置１００が外気吸熱暖房モードを実行する場合、室外膨張弁６及び電磁弁２１を開放し、電磁弁２２及び室内膨張弁８、電子膨張弁２４、チラー膨張弁７２を全閉とする。圧縮機２及び室内送風機２７を運転し、エアミックスダンパ２８は室内送風機２７から吹き出された空気が室内熱交換器４に通風される割合を調整する状態とする。

これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４において空気流通路３内の空気と高温高圧の冷媒とが熱交換し、すなわち、空気流通路３内の空気が冷媒によって加熱され、加熱された空気が吹出口２９から車室内へ吹き出されることで暖房が行われる。

一方、室内熱交換器４を通過する冷媒は空気流通路３を通過する空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。液化した冷媒は室内熱交換器４を出た後、冷媒配管１３Ｆ、１３Ｇを経て、室外膨張弁６に至る。冷媒は、室外膨張弁６で減圧された後、室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒は蒸発し、車両の走行により流入する外気、或いは、室外送風機（図示せず）にて通風される外気中から熱を汲み上げる（吸熱）。即ち、冷媒回路Ｒがヒートポンプとなる。

そして、室外熱交換器７を出た低温の冷媒は冷媒配管１３Ａ、１３Ｂ、電磁弁２１、及び逆止弁２０を経てアキュムレータ１２に流入し、アキュムレータ１２で気液分離された後、ガス冷媒が冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

（バッテリ冷却モード）
図９は、バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れを示している。図９において、冷媒が流れる冷媒配管を太線で示している。また、バッテリ冷却モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図は、図８に示す外気吸熱暖房モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図と同一であるので図示を省略する。
制御装置１００がバッテリ冷却モードを実行する場合、室外膨張弁６及びチラー膨張弁７２を開放し、電磁弁２１、電磁弁２２及び室内膨張弁８、電子膨張弁２４を全閉とする。そして、室内送風機２７を運転させずに圧縮機２を運転する。

これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒は室内熱交換器４に流入するものの、通過するのみとなり、室内熱交換器４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｆ、１３Ｇを経て、室外膨張弁６に至る。冷媒は、室外膨張弁６で減圧された後、室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒は車両の走行により流入する外気、或いは、不図示の室外送風機にて通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。

室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８、及びチラー膨張弁７２を経て温調対象熱交換器６４に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用により熱媒体回路６０を循環する熱媒体が冷却される。

温調対象熱交換器６４で蒸発した冷媒は、冷媒配管１３Ｊを経てアキュムレータ１２に至り、冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。温調対象熱交換器６４にて冷却された熱媒体は、ポンプ６１によってバッテリ５５に圧送され、バッテリ５５を冷却する。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１：車両用空調装置、２：圧縮機、３：空気流通路、４：室内熱交換器、６：室外膨張弁、７：室外熱交換器、８：室内膨張弁、９：吸熱器、１０：ＨＶＡＣユニット、１２：アキュムレータ、１３Ａ～１３Ｋ：冷媒配管、１８，２０：逆止弁、２１，２２：電磁弁、２４：電子膨張弁、２５：吸込口、２６：吸込切換ダンパ、２７：室内送風機、２８：エアミックスダンパ、２９：吹出口、５５：バッテリ、６０：熱媒体回路、６１：ポンプ、６４：温調対象熱交換器、６４Ａ：冷媒流路、６４Ｂ：熱媒体流路、７２：チラー膨張弁、１００：制御装置

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給する空気とを熱交換させるための室内熱交換器、冷媒と外気とを熱交換させるための室外熱交換器、及び、温調対象熱交換器を含む冷媒回路と、
   前記温調対象熱交換器を通過して冷媒と熱交換する熱媒体が循環し、車両に搭載される温調対象の温度を、前記温調対象熱交換器を流れる熱媒体により調整する熱媒体回路と、
   前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御する制御装置を備え、
   前記冷媒回路は、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記室外熱交換器を迂回させ、前記室内熱交換器と前記温調対象熱交換器とを経て前記圧縮機の吸入側に流入させるホットガス回路を有し、
   前記制御装置は、
   前記ホットガス回路に冷媒を流通させて、前記圧縮機で圧縮した冷媒の熱により前記車室内を暖房すると共に前記温調対象を加熱するホットガスモードを実行可能である車両用空調装置。
2. 前記ホットガス回路は、前記圧縮機の吐出側と吸入側とを接続して、前記圧縮機から吐出した冷媒を再び前記圧縮機に吸入させるバイパス回路を有する請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記制御装置は、前記ホットガスモードの実行時に、
   前記圧縮機の目標回転数について、前記室内熱交換器の温度を制御するための第１目標回転数と、前記温調対象熱交換器を通過する熱媒体の温度を制御するための第２目標回転数とを算出し、
   前記第１目標回転数又は前記第２目標回転数のうちいずれか大きい値を示す目標回転数に従って前記圧縮機を制御する、請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記制御装置は、前記ホットガスモードの実行時に、
   前記圧縮機を前記第１目標回転数に従って制御する場合において、
   前記熱媒体回路を通過する熱媒体の目標温度に応じて熱媒体の流量を調整することにより前記温調対象の温度を調整する、請求項３に記載の車両用空調装置。
5. 前記制御装置は、前記ホットガスモードの実行時に、
   前記圧縮機を前記第２目標回転数に従って制御する場合において、
   前記室内熱交換器の目標温度に応じて、前記室内熱交換器が配置された空調ユニットのエアミックスダンパを開閉制御することにより車室内の暖房温度を調整する、請求項３又は請求項４に記載の車両用空調装置。

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