JP2023172226A

JP2023172226A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2023172226A
Application number: JP2022083882A
Authority: JP
Inventors: 宣伯清水; Yoshinobu Shimizu
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2023-12-06
Also published as: WO2023228645A1

Abstract

【課題】外気温度が特に低い場合や暖房起動時の急速な室内温度の上昇要求に対応させると共に、臨界温度が低い冷媒の冷媒回路を用いる場合であっても効率的な熱交換を行う。【解決手段】冷媒回路、冷媒回路により温調される熱媒体が循環する熱媒体回路、及び、熱媒体が流れる複数の熱交換器が空気流通路に配置して温調した空気を車室内に送風する空調ユニットを備え、冷媒回路は、冷媒の循環方向に沿って順に設けられ、熱媒体に冷媒の熱を放熱する第１冷媒熱媒体熱交換器及び第２冷媒熱媒体熱交換器を含み、熱媒体回路は、第１冷媒熱媒体熱交換器又は第２冷媒熱媒体熱交換器の何れか一方を通過した熱媒体を複数の熱交換器の少なくとも１つに流入させる流路と、第１冷媒熱媒体熱交換器及び第２冷媒熱媒体熱交換器の双方を通過した熱媒体を複数の熱交換器に流入させる流路とを切替える流路切替部を備える車両用空調装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の空調装置に関する。

車両用空調装置として、ヒートポンプ式の冷媒回路を用いたものが知られている。このような車両用空調装置は、一般に、圧縮機、放熱用の凝縮器、膨張機構、吸熱用の蒸発器を備えた冷媒回路と、凝縮器又は蒸発器にて冷媒と熱交換した熱媒体が循環する熱媒体回路と、熱媒体回路を循環する熱媒体が通過する熱交換器を内部に備える車室内空調ユニットによって構成されており、凝縮器での放熱で高温になった熱媒体を車室内空調ユニットの熱交換器に送ることで暖房運転を行い、蒸発器での吸熱で低温になった熱媒体を車室内空調ユニットの熱交換器に送ることで冷房運転を行っている。

従来、前述した車両用空調装置は、各種運転モードに対応して熱媒体回路の流路切り替えが行われており、冷房運転や暖房運転の効率改善に際して、車室内空調ユニットの内部に設けられる複数の熱交換器に対して、熱媒体を直列に流すことなどが行われている（下記特許文献１参照）。

特開２０２０－４５０６８号公報

前述した従来技術によると、車室内空調ユニット内に設けた複数の熱交換器に対して暖房運転時には全ての熱交換器に高温の熱媒体を流すことで暖房効率の改善を図っている。しかしながら、これによると、車室内空調ユニット内の複数の熱交換器に流れる熱媒体の温度帯が一様になるので、外気温度が特に低い場合や急速な室内温度の上昇の要求に対しては、十分な効率改善が望めない問題があった。

また、冷媒回路を流れる冷媒は、環境負荷を考慮してＣＯ_２やプロパンなどの自然系冷媒を用いることが検討されている。このような自然系冷媒の中には、臨界温度が低いものがあり、冷媒回路のサイクルの高圧側が超臨界条件になって、フロンのような冷媒のように凝縮せず、温度を徐々に低下させる冷却過程になる。このため、臨界温度が低い冷媒を採用する場合には、従来の冷媒回路における凝縮器のような冷媒熱媒体熱交換器では効率的な熱交換を行い難い問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、ヒートポンプ式冷媒回路を備えた車両用空調装置において、外気温度が特に低い場合や暖房起動時の急速な室内温度の上昇要求に対応できるような効率改善が可能であること、臨界温度が低い冷媒の冷媒回路を用いる場合であっても効率的な熱交換を行えるようにすること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明の一態様は、以下の構成を具備する。
すなわち、本発明の一態様に係る車両用空調装置は、冷媒回路と、前記冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する熱媒体回路と、前記熱媒体回路を循環する熱媒体が流れる複数の熱交換器が空気流通路に配置され、前記空気流通路を通過する空気を温調して車室内に送風する空調ユニットと、を備えた車両用空調装置であって、前記冷媒回路は、冷媒の循環方向に沿って順に設けられ、前記熱媒体回路を循環する熱媒体に冷媒の熱を放熱する第１冷媒熱媒体熱交換器及び第２冷媒熱媒体熱交換器を含み、前記熱媒体回路は、前記第１冷媒熱媒体熱交換器又は前記第２冷媒熱媒体熱交換器の何れか一方を通過した熱媒体を複数の前記熱交換器の少なくとも１つに流入させる流路と、前記第１冷媒熱媒体熱交換器及び前記第２冷媒熱媒体熱交換器の双方を通過した熱媒体を複数の前記熱交換器に流入させる流路とを切替える流路切替部を備える。

このような特徴を備えた本発明の車両用空調装置によると、外気温度が特に低い場合や暖房起動時の急速な室内温度の上昇要求に対応できるような効率改善が可能であること、臨界温度が低い冷媒の冷媒回路を用いる場合であっても効率的な熱交換を行うことができる。

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部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ける第１暖房モード実行時の熱媒体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ける第２暖房モード実行時の熱媒体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ける冷房モード実行時の熱媒体の流れを示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一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に示すように、本発明の実施形態に係る熱媒体回路１０は、例えば、車両に搭載され、車載機器の温調や車室内の空調を行う車両用空調装置１に適用される。
車両用空調装置１は、熱源となる冷媒回路Ｒと、冷媒との熱交換によって温度管理された熱媒体を循環させる熱媒体回路１０と、熱媒体回路１０を循環する熱媒体によって温度調節された空気を車室内に供給する空調ユニット８０と、を備えている。

図１に示す例では、冷媒回路Ｒは、圧縮機１１、凝縮器１２（第１凝縮器１２１及び第２凝縮器１２２）、膨張弁１３、蒸発器１４及びアキュームレータ１５が順次冷媒配管で接続されて構成され、冷媒を循環させる閉回路である。凝縮器１２は、冷媒回路Ｒにおいて冷媒の循環方向上流側から順に配置された第１凝縮器１２１及び第２凝縮器１２２を含んでいる。なお、冷媒回路Ｒは、例えば、凝縮器１２の下流側にレシーバを備えるような回路であってもよい。

熱媒体回路１０は、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、温調対象熱媒体流路４０、タンク５０、流路切替部としての第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、四方弁６１及び四方弁６２を含んで構成されている。

高温熱媒体流路２０は、冷媒回路Ｒにおける凝縮器１２と一体になって、熱媒体－冷媒の熱交換を行う冷媒熱媒体熱交換器である高温熱交換器２１を備えている。高温熱交換器２１は、第１凝縮器１２１と一体になって熱媒体－冷媒の熱交換を行う第１高温熱交換器２１１（第１冷媒熱媒体熱交換器）と、第２凝縮器１２２と一体になって熱媒体－冷媒の熱交換を行う第２高温熱交換器２１２（第２冷媒熱媒体熱交換器）とを含んでいる。高温熱媒体流路２０では、第１ポンプＰ１によって圧送された熱媒体が、高温熱交換器２１を通過する間に冷媒回路Ｒにおける凝縮器１２での冷媒の放熱で高温になって循環する。

高温熱媒体流路２０は、第１高温熱交換器２１１を含む第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱交換器２１２を含む第２高温熱媒体流路２０２とを含んでいる。第１高温熱媒体流路２０１及び第２高温熱媒体流路２０２は、第１流路切替部Ｖ１、四方弁６１及び四方弁６２を制御することで、夫々独立した流路とすることができると共に、互いに接続され第１高温熱交換器２１１及び第２高温熱交換器２１２を含む１つの流路とすることができる。

低温熱媒体流路３０は、冷媒回路Ｒにおける蒸発器１４と一体になって、熱媒体－冷媒の熱交換を行う低温熱交換器３１を備えており、第２ポンプＰ２によって圧送された熱媒体が、低温熱交換器３１を通過する間に冷媒回路Ｒにおける蒸発器１４での冷媒の吸熱で低温になって循環する。

温調対象熱媒体流路４０は、電動車両におけるバッテリの温調を行うバッテリ用熱交換器４１と、走行用モータの温調を行うモータ用熱交換器４２と、インバータの温調を行うインバータ用熱交換器４３と、パワーコントロールユニットの温調を行うＰＣＵ用熱交換器４４と、室外熱交換器４５とを備えている。温調対象熱媒体流路４０において熱媒体は第３ポンプＰ３によって圧送される。

なお、温調対象熱媒体流路４０では、バッテリ用熱交換器４１を含む第１流路４０１と、室外熱交換器４５を含む第２流路４０２と、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３及びＰＣＵ用熱交換器４４を含む第３流路４０３とが、第２流路切替部Ｖ２を介して接続されている。第１流路４０１、第２流路４０２及び第３流路４０３は、第２流路切替部Ｖ２を制御することで、互いに独立した流路とすることができるほか、一部又は全部が接続した流路とすることができる。

タンク５０は、高温熱媒体流路２０に接続される流入口５２と、温調対象熱媒体流路４０に接続される流入口５４と、低温熱媒体流路３０に接続される流出口５３とを備えている。
高温熱媒体流路２０には、第１ポンプＰ１の熱媒体上流側に流入口５２に接続される接続部２８が設けられている。温調対象熱媒体流路４０には、各温調対象用熱交換器の熱媒体下流側に流入口５４に接続される接続部４８が設けられている。低温熱媒体流路３０には、第２ポンプＰ２の熱媒体上流側に流出口５３に接続される接続部３８が設けられている。

すなわち、タンク５０は、図１に示すように、流入口５２によって高温熱媒体流路２０における第１ポンプＰ１の上流側と接続され、流入口５４によって温調対象熱媒体流路４０におけるモータ用熱交換器４２の熱媒体下流側と接続され、流出口５３によって低温熱媒体流路３０における第２ポンプＰ２の熱媒体上流側に接続される。

また、接続部２８からタンク５０の流入口５２に至る経路にリリーフ弁５７が設けられている。これにより、高温熱媒体流路２０を循環する熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、高温熱媒体流路２０の回路容量に対して熱媒体量が大きくなった場合に、リリーフ弁５７が開状態となり、高温熱媒体流路２０から熱媒体が流入口５２を介してタンク５０に流入する。

同様に、接続部４８からタンク５０の流入口５４に至る経路にリリーフ弁５８が設けられている。これにより、温調対象熱媒体流路４０を循環する熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、温調対象熱媒体流路４０の回路容量に対して熱媒体量が大きくなった場合に、リリーフ弁５８が開状態となり、温調対象熱媒体流路４０から熱媒体が流入口５４を介してタンク５０に流入する。

一方、低温熱媒体流路３０を循環する熱媒体の温度が低下して熱媒体が収縮すると、タンク５０に貯留した熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を介して低温熱媒体流路３０に流入する。

なお、熱媒体回路１０を循環する熱媒体としては、添加剤が入っていない水或いは不凍性剤や防腐剤等の添加剤が混合された水、更には油等の液熱媒体などを採用することができる。

空調ユニット８０は、空気（外気又は内気）を空調ユニット８０に吸い込む吸込口８３と、吸込口８３から吸い込まれた空気が通過する空気流通路８４と、空気流通路８４内に設けられ熱媒体回路１０を循環する熱媒体が流れる第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２とを備えている。

空調ユニット８０では、吸込口８３から空気流通路８４に導入された空気を第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２に通風させ、第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２において熱媒体と熱交換することで温調された空気を車室内に送風する。

図２に、車両用空調装置１の制御を司る制御部１００の概略構成を示す。なお、図２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適宜省略している。

制御部１００は、走行用モータ、インバータ、パワーコントロールユニットの駆動制御やバッテリ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２００に車両通信バスを介して接続され、情報の送受信を行う。制御部１００及び車両コントローラ２００には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）やマイクロコンピュータなど、プロセッサを備えたコンピュータを適用することができる。

制御部１００には、次の各センサや機器が接続され、これらの各センサ等の出力が入力される。すなわち、制御部１００には、高温熱交換器２１に流入して凝縮器１２によって加熱された熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ１、低温熱交換器３１に流入して蒸発器１４によって冷却された熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ２、空調ユニット８０の第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ８０、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサＴＣ４１（バッテリ自体の温度、バッテリ用熱交換器４１に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、モータの温度を検出するモータ温度センサＴＣ４２（モータ自体の温度、モータ用熱交換器４２に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、インバータの温度を検出するインバータ温度センサＴＣ４３（インバータ自体の温度、インバータ用熱交換器４３に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、及び、パワーコントロールユニットの温度を検出するＰＣＵ温度センサＴＣ４４（ＰＣＵ自体の温度、ＰＣＵ用熱交換器４４に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、及び空調操作部３００が接続されている。

一方、制御部１００の出力には、膨張弁１３、第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２、第３ポンプＰ３、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２が接続されている。そして、制御部１００は各センサの出力と空調操作部３００にて入力された設定、車両コントローラ２００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、制御部１００によって第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御することにより、熱媒体回路１０の高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０及び温調対象熱媒体流路４０をそれぞれ独立した流路又は接続した流路となるように切替えることができる。

また、車両用空調装置１では、制御部１００によって第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御することにより、熱媒体回路１０の高温熱媒体流路２０又は低温熱媒体流路３０の一方又は両方が、空調目的や目標空調温度に応じて第１熱交換器８１又は第２熱交換器８２に選択的に接続される。

これにより、高温熱媒体流路２０又は低温熱媒体流路３０の一方又は両方において温調された熱媒体が、第１流路切替部Ｖ１又は第２流路切替部Ｖ２の少なくともいずれか一方を経由して第１熱交換器８１又は第２熱交換器８２の少なくともいずれか一方に流入する。

このとき、制御部１００は、高温熱媒体流路２０において、第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを接続した流路とし、第１高温熱交換器２１１及び第２高温熱交換器２１２を通過した熱媒体を第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２の双方に流すように制御することができる。この場合、第２高温熱交換器２１２と第１高温熱交換器２１１とを順に通過した熱媒体が、空気流通路８４の下流側に配置された第２熱交換器８２を流れた後に、空気流通路８４の上流側に配置された第１熱交換器８１に流れる。

また、制御部１００は、第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを独立した流路として、第１高温熱交換器２１１を通過した熱媒体を空気流通路８４の下流側に配置された第２熱交換器８２に流しつつ、第２高温熱交換器２１２を通過した熱媒体を空気流通路８４の上流側に配置された第１熱交換器８１に流すよう制御することができる。

制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１を制御して、高温熱媒体流路２０の高温熱交換器２１に流入して凝縮器１２によって加熱された熱媒体を、空調ユニット８０に配置された第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２に流し、空調ユニット８０の空気流通路８４を通過する空気を加熱する。空調ユニット８０で温められた空気を車室内に供給することで、車室内の暖房を行うことができる。

制御部１００は、低温熱媒体流路３０の低温熱交換器３１に流入して蒸発器１４によって冷却された熱媒体を、第１流路切替部Ｖ１によって空調ユニット８０に配置された第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２に流すように制御して、空調ユニット８０を通過する空気を冷却する。空調ユニット８０で冷却された空気を車室内に供給することで、車室内の冷房を行うことができる。

さらに、制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御して、温調対象熱媒体流路４０に含まれる各温調対象用熱交換器（バッテリ用熱交換器４１、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３、ＰＣＵ用熱交換器４４）の目標温度に応じて、高温熱媒体流路２０の高温の熱媒体又は低温熱媒体流路３０の低温の熱媒体を、温調対象熱媒体流路４０に循環させる。高温熱媒体流路２０又は低温熱媒体流路３０において温調された熱媒体を温調対象熱媒体流路４０に循環させることで、バッテリ用熱交換器４１、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３、及びＰＣＵ用熱交換器４４の温調を行うことができる。

以下、このように構成された車両用空調装置１による動作について説明する。本実施形態に係る車両用空調装置１では、例えば、外気温度が特に低い場合や車両用空調装置の起動時などの急速な車室内温度の上昇要求に対応可能な第１暖房モード、車室内温度の上昇要求が第１暖房モードよりも低い第２暖房モード、冷房モード、除湿モード、車載機器の冷却又は暖機を含む温調モードなどの様々な動作モードを実行することができる。

上記した各種動作モードの実行時において、車両用空調装置１の冷媒回路Ｒでは、制御部１００により圧縮機１１の回転数等を適宜制御しながら、凝縮器１２の放熱と蒸発器１４の吸熱を利用して車室内に供給される空気を目標温度に調整し、車室内の空調を行う。冷媒回路Ｒにおいて、冷媒は、次のように循環する。

すなわち、圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器１２において高温熱交換器２１を通過する熱媒体と熱交換することにより放熱して液化凝縮し、高圧の液冷媒となる。凝縮器１２から流出した高圧液冷媒は、膨張弁１３によって減圧されて膨張し、低圧冷媒となり、蒸発器１４に流入する。蒸発器１４に流入した低圧冷媒は、蒸発器１４において低温熱交換器３１を通過する熱媒体と熱交換することにより蒸発し、ガス冷媒となって蒸発器１４を流出し、アキュームレータ１５を介して圧縮機１１へ戻る。

以下、急速な車室内温度の上昇要求に対応可能な第１暖房モード、車室内温度の上昇要求が第１暖房モードよりも低い第２暖房モード、及び冷房モードについて説明する。

（暖房モードについて）
（１）第１暖房モード
本実施形態に係る第１暖房モードは、急速な車室内温度の上昇要求に対応可能な暖房モードであり、バッテリを第２高温熱交換器２１２及び各種車載機器の廃熱を利用して暖機しつつ、室外熱交換器４５を吸熱源として用いて車室内の暖房とシート毎の暖房を行う動作モードである。

第１暖房モードの実行時は、高温熱媒体流路２０のうち第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを夫々独立の流路とし、第１高温熱媒体流路２０１の第１高温熱交換器２１１において加熱された熱媒体を、第２熱交換器８２に導入させる。また、第２高温熱媒体流路２０２の第２高温熱交換器２１２において加熱された熱媒体を、第１熱交換器８１に導入させる。
第１暖房モードにおける熱媒体の流れを図３に示す。

図３では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示し、高温と低温との中間の温度帯の熱媒体が循環する配管を灰色の実戦で示している。
制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御して、熱媒体回路１０において以下のように熱媒体を循環させる。

制御部１００は、高温熱媒体流路２０の第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを夫々独立した流路とし、温調対象熱媒体流路４０のうち第１流路４０１と第３流路４０３とが第２高温熱媒体流路２０２と接続した流路とする。また、制御部１００は、第１高温熱媒体流路２０１に第２熱交換器８２を接続させ、第２高温熱媒体流路２０２に第１熱交換器８１を接続させる。

これにより、第１高温熱交換器２１１を通過して加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して第２熱交換器８２に流れ、２熱交換器８２に流入した熱媒体は、空気流通路８４を通過する空気と熱交換する。第２熱交換器８２を流れた熱媒体は、四方弁６２を経て第１ポンプＰ１によって第１高温熱交換器２１１に戻る循環を繰り返す。

一方、第２高温熱交換器２１２を通過して加熱された熱媒体は、四方弁６２及び第１流路切替部Ｖ１を経由して第１熱交換器８１に流入し、空気流通路８４を通過する空気と熱交換する。第１熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１、四方弁６１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して第３ポンプＰ３によりバッテリ用熱交換器４１に流入してバッテリを加熱する。

バッテリ用熱交換器４１を通過した熱媒体は、第２流路切替部Ｖ２を経由して、ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３及びモータ用熱交換器４２に順次流入する。ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３及びモータ用熱交換器４２を通過して各車載機器と熱交換を行うことにより廃熱を回収した熱媒体は、ＥＣＨ４６において必要に応じて加熱され、四方弁６１を経由して、第２高温熱交換器２１２に戻る循環を繰り返す。
これにより、第１熱交換器８１、第２熱交換器８２により車室内の暖房を行うことができる。

第１高温熱交換器２１１によって加熱された熱媒体が第１高温熱媒体流路２０１を循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁５７が開状態となり、熱媒体が接続部２８を経て流入口５２からタンク５０に流入して貯留される。

一方、制御部１００は、低温熱媒体流路３０と温調対象熱媒体流路４０の第２流路４０２とが接続した流路となるように第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を制御し、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路３０及び温調対象熱媒体流路４０の第２流路４０２に循環させる。
すなわち、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して室外熱交換器４５に流入し、外気と熱交換した後に第２流路切替部Ｖ２を経由して、第２ポンプにより低温熱交換器３１に戻る。

上記循環を繰り返すことで、室外熱交換器４５を吸熱源として用いることができる。
低温熱媒体流路３０と温調対象熱媒体流路４０の第２流路４０２とが接続された流路において、熱媒体の温度が低下して収縮することで回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク５０に貯留された熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を経て低温熱媒体流路３０に流入する。

上述のように第１暖房モードでは、空調ユニット８０の２つの熱交換器、つまり、第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２のうち、空気流通方向下流側に配置された第２熱交換器８２に第１高温熱交換器２１１において加熱された熱媒体が流入する。同時に、空気流通方向上流側に配置された第１熱交換器８１に第２高温熱交換器２１２において加熱された熱媒体が流入する。

ここで、冷媒回路Ｒにおいて、第１高温熱交換器２１１は第２高温熱交換器２１２よりも冷媒の循環方向上流側に配置されているため、第１高温熱交換器２１１において加熱される熱媒体は第２高温熱交換器２１２において加熱される熱媒体よりも高温となる。このため、第１高温熱媒体流路２０１を循環する熱媒体は、第２高温熱媒体流路２０２を循環する熱媒体よりも高温であり、第１熱交換器８１には、第２熱交換器８２よりも低温の熱媒体が流入することとなる。

したがって、空気流通路８４に導入された空気に対して、第２熱交換器８２を通過する前に、予め、第１熱交換器８１において予め加熱し、これを第２熱交換器８２においてより高温の熱媒体によってさらに加熱するので、熱媒体と空気との間で効率的な熱交換を行うことができ、暖房運転時の効率を向上させることができる。
また、冷媒回路において２つの凝縮器を用いて、２段階に分けて冷媒と熱媒体との熱交換を行わせることで、ＣＯ_２のような臨界温度が低い冷媒であっても、効率的な暖房運転を実現することができる。

（２）第２暖房モード
本実施形態に係る第２暖房モードは、バッテリをその他の各種車載機器の廃熱を利用して暖機しつつ、室外熱交換器４５を吸熱源として用いて車室内の暖房とシート毎の暖房を行う動作モードである。

第２暖房モードの実行時は、高温熱媒体流路２０の第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを接続させて１つの流路とし、第１高温熱交換器２１１及び第２高温熱交換器２１２の双方において加熱された熱媒体を、第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２に導入させる。
第２暖房モードにおける熱媒体の流れを図４に示す。

図４では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示し、高温と低温との中間の温度帯の熱媒体が循環する配管を灰色の実戦で示している。
制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御して、熱媒体回路１０において以下のように熱媒体を循環させる。

制御部１００は、第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを接続させて１つの流路とし、第１高温熱交換器２１１及び第２高温熱交換器２１２を通過して加熱された熱媒体を循環させる。
すなわち、第１高温熱交換器２１１を通過して加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して第２熱交換器８２に流入する。

第２熱交換器８２に流入した熱媒体は、空気流通路８４を通過する空気と熱交換した後に、四方弁６２及び第１流路切替部Ｖ１を経由して第１熱交換器８１に流入し、空気流通路８４を通過する空気と熱交換する。第１熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び四方弁６１を経由して第２高温熱交換器２１２に流入し加熱される。第２高温熱交換器２１２を出た熱媒体は、四方弁６２を経て第１ポンプＰ１によって第１高温熱交換器２１１に戻る循環を繰り返す。これにより、第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２により車室内の暖房を行うことができる。

なお、高温熱交換器２１によって加熱された熱媒体が循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁５７が開状態となり、熱媒体が接続部２８を経て流入口５２からタンク５０に流入して貯留される。

制御部１００は、低温熱媒体流路３０と温調対象熱媒体流路４０のうち室外熱交換器４５を含む第２流路４０２とが接続した流路となるように第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を制御し、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路３０及び第２流路４０２に循環させる。

すなわち、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して室外熱交換器４５に流入し、外気と熱交換した後に再び第２流路切替部Ｖ２を経由して、第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に戻る。

上記循環を繰り返すことで、室外熱交換器４５を吸熱源として用いることができる。低温熱媒体流路３０と温調対象熱媒体流路４０の第２流路４０２とが接続された流路において、熱媒体の温度が低下して収縮することで回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク５０に貯留された熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を経て低温熱媒体流路３０に流入する。

制御部１００は、温調対象熱媒体流路４０の第１流路４０１と第３流路４０３とが独立した流路となるように第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１を制御し、温調対象熱媒体流路４０の第１流路４０１と第３流路４０３とにおいて熱媒体を循環させる。すなわち、温調対象熱媒体流路４０では、ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３及びモータ用熱交換器４２を順次通過してそれらの廃熱により中程度の温度となった熱媒体が、四方弁６１及び第２流路切換部Ｖ２を経由して第３ポンプＰ３によってバッテリ用熱交換器４１に圧送されることで、バッテリを暖機する。

バッテリ用熱交換器４１においてバッテリを暖機することで温度が低下した熱媒体は、再びＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３及びモータ用熱交換器４２を通過することでその温度が上昇する。このような循環を繰り返すことで、バッテリの暖機を行いつつ、その他の車載機器の温調を行うことができる。なお、必要に応じて、モータ用熱交換器４２の下流に設けられたＥＣＨ４６を作動させて熱媒体を加熱することができる。

温調対象熱媒体流路４０の第１流路４０１と第３流路４０３を循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁５８が開状態となり、熱媒体が接続部４８を経て流入口５４からタンク５０に流入して貯留される。

上述のように第２暖房モードでは、第１高温熱交換器２１１と第２高温熱交換器２１２のうち、冷媒の循環方向下流側に配置された第２高温熱交換器２１２によって予め熱媒体を加熱した後に、冷媒の循環方向上流側に配置された第１高温熱交換器２１１で再び熱媒体を加熱する。このとき、冷媒回路Ｒにおいて、第１高温熱交換器２１１は第２高温熱交換器２１２よりも冷媒の循環方向上流側に配置されているため、上述したように第１高温熱交換器２１１を通過する熱媒体は第２高温熱交換器２１２を通過するときよりも高温となる。

そして、第２高温熱交換器２１２と第１高温熱交換器２１１とにおいて２段階で加熱された熱媒体は、空調ユニット８０の空気流通方向下流側に配置された第２熱交換器８２に流入し、第２熱交換器８２において空気と熱交換した後に、空気流通方向上流側に配置された第１熱交換器８１に流入し、熱媒体の残りの熱量で空気と熱交換する。

このように、空気流通路８４に導入された空気に対して、第２熱交換器８２を通過する前に、予め、第１熱交換器８１において予め加熱し、これを第２熱交換器８２において再び加熱する。つまり、第２熱交換器８２において空気と熱交換をした後の熱媒体の残りの熱量を第１熱交換器８１における空気の加熱に利用するため、熱媒体と空気との間で効率的な熱交換を行うことができ、空調ユニット８０の暖房効率を向上させることができる。
また、冷媒回路Ｒにおいて第１凝縮器１２１と第２凝縮器１２２の２つの凝縮器を用いて２段階に分けて冷媒と熱媒体との熱交換を行わせることで、ＣＯ_２のような臨界温度が低い冷媒であっても、効率的な暖房運転を実現することができる。

（冷房モードについて）

本実施形態における冷房モードは、バッテリ用熱交換器４１にも冷却された熱媒体を導入させて車室内の冷房と同時にバッテリの冷却を行う動作モードである。この冷房モードでは、室外熱交換器４５において、冷媒回路Ｒの放熱はもちろん、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３及びＰＣＵ用熱交換器４４などのバッテリ用熱交換器４１以外の各車載機器の廃熱を回収した熱媒体の放熱も行う。

冷房モードの実行時は、低温熱媒体流路３０において、蒸発器１４を通過する冷媒と低温熱交換器３１を通過する熱媒体とを熱交換させて冷却された熱媒体を、空調ユニット８０の第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２に導入させる。

本実施形態に係る冷房モードにおける熱媒体の流れを図５に示す。図５では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。
制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御して、熱媒体回路１０において以下のように熱媒体を循環させる。

制御部１００は、低温熱媒体流路３０と温調対象熱媒体流路４０うちバッテリ用熱交換器４１を含む第１流路４０１とを接続した流路となるように第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６２を制御し、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路３０及び第１流路４０１に循環させる。

すなわち、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して第２熱交換器８２に流れ、第２熱交換器８２に流入した熱媒体は、四方弁６２及び第１流路切替部Ｖ１を経由して第１熱交換器８１に流入し、空気流通路８４を通過する空気と熱交換する。

第１熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切換部Ｖ２を経由して第３ポンプＰ３によりバッテリ用熱交換器４１に圧送され、バッテリ用熱交換器４１を通過し、第２流路切替部Ｖ２を経由して第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に戻る循環を繰り返す。これにより、車室内を冷房すると共にバッテリを冷却する。

なお、低温熱媒体流路３０及び第１流路４０１を循環する熱媒体の温度が下がることにより熱媒体が収縮し、回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク５０に貯留された熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を介して低温熱媒体流路３０に流入する。

一方、制御部１００は、高温熱媒体流路２０の第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２とを接続して１つの流路とし、第１高温熱媒体流路２０１と第２高温熱媒体流路２０２と温調対象熱媒体流路４０のうち第２流路４０２及び第３流路４０３とをさらに接続した流路となるように、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び四方弁６１，６２を制御する。これにより、第１高温熱交換器２１１及び第２高温熱交換器２１２を通過して加熱された熱媒体を第１高温熱媒体流路２０１、第２高温熱媒体流路２０２、第２流路４０２及び第３流路４０３に循環させる。

すなわち、熱媒体は、第２高温熱交換器２１２を通過して加熱され、四方弁６２を経て第１ポンプＰ１によって第１高温熱交換器２１１に圧送され、第１高温熱交換器２１１において更に加熱される。このようにして加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１、四方弁６１及び第２流路切替部Ｖ２を順に経由して室外熱交換器４５に流入し、再び第２流路切替部Ｖ２を経由して、ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、モータ用熱交換器４２、及びＥＣＨ４６に順次流入する。その後、四方弁６１を経て再び第２高温熱交換器２１２に戻る循環を繰り返す。これにより、第１高温熱交換器２１１、第２高温熱交換器２１２、ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３及びモータ用熱交換器４２の放熱を室外熱交換器４５で行う。

このとき、第１高温熱媒体流路２０１、第２高温熱媒体流路２０２、第２流路４０２及び第３流路４０３を循環する熱媒体が、温度上昇により膨張して、回路容量に対して熱媒体量が多くなった場合、熱媒体がタンク５０に流入して貯留される。熱媒体のタンク５０への流入は、リリーフ弁５７が開状態となり、熱媒体が接続部２８を経て流入口５２からタンク５０に流入するか、あるいは、リリーフ弁５８が開状態となり接続部４８を経て流入口５４からタンク５０に流入するかの何れかとなる。

上述のように冷房モードでは、空調ユニット８０の２つの熱交換器、つまり、第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２の双方に低温の熱媒体を流すことができる。特に、第２熱交換器８２を通過した熱媒体を第１熱交換器８１に流すことで、第２熱交換器８２を通過する前の空気を、予め、第１熱交換器８１において冷却することができる。

つまり、第２熱交換器８２において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱を第１熱交換器８１における空気の冷却に利用するため、空調ユニット８０の空調能力を向上させると共にシステム全体の熱効率を向上させることができる。

また、冷媒回路Ｒにおいて第１凝縮器１２１と第２凝縮器１２２の２つの凝縮器を用いて２段階に分けて冷媒と熱媒体との熱交換を行わせることで、ＣＯ_２のような臨界温度が低い冷媒であっても、効率的な冷房運転を実現することができる。

また、上述のように、制御部１００では、第２熱交換器８２に流した熱媒体を第１熱交換器８１にも流すように第１流路切替部Ｖ１を切替えるよう制御する。すなわち、空調ユニット８０に含まれる複数の第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２の双方に、加熱又は冷却された熱媒体を流すように第１流路切替部Ｖ１を切替えることができるため、暖房モード実行時又は冷房モード実行時の空調能力を向上させることができる。

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。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

Ｒ：冷媒回路、１：車両用空調装置、１０：熱媒体回路、
１１：圧縮機、１２：凝縮器、１３：膨張弁、１４：蒸発器、１５：アキュームレータ、
２０：高温熱媒体流路、２１：高温熱交換器、
３０：低温熱媒体流路、３１：低温熱交換器、
４０：温調対象熱媒体流路、４１：バッテリ用熱交換器、４２：モータ用熱交換器、４３：インバータ用熱交換器、４４：ＰＣＵ用熱交換器、４５：室外熱交換器、４６：ＥＣＨ、
５０：タンク、５２：流入口、５３：流出口、５４：流入口、５７：リリーフ弁、５８：リリーフ弁、
２８，３８，４８：接続部、６１，６２：四方弁、
８０：空調ユニット、８１：第１熱交換器、８２：第２熱交換器、８３：吸込口、８４：空気流通路、
１００：制御部、２００：車両コントローラ、３００：空調操作部、
Ｖ１：第１流路切替部、Ｖ２：第２流路切替部

Claims

冷媒回路と、
前記冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する熱媒体回路と、
前記熱媒体回路を循環する熱媒体が流れる複数の熱交換器が空気流通路に配置され、前記空気流通路を通過する空気を温調して車室内に送風する空調ユニットと、を備えた車両用空調装置であって、
前記冷媒回路は、冷媒の循環方向に沿って順に設けられ、前記熱媒体回路を循環する熱媒体に冷媒の熱を放熱する第１冷媒熱媒体熱交換器及び第２冷媒熱媒体熱交換器を含み、
前記熱媒体回路は、前記第１冷媒熱媒体熱交換器又は前記第２冷媒熱媒体熱交換器の何れか一方を通過した熱媒体を複数の前記熱交換器の少なくとも１つに流入させる流路と、前記第１冷媒熱媒体熱交換器及び前記第２冷媒熱媒体熱交換器の双方を通過した熱媒体を複数の前記熱交換器に流入させる流路とを切替える流路切替部を備えた、車両用空調装置。
前記流路切替部は、前記第２冷媒熱媒体熱交換器を通過した熱媒体を、前記空気流通路の上流側に配置された前記熱交換器に流入させるか、又は、前記第１冷媒熱媒体熱交換器に流入させるかの何れかに切替える、請求項１記載の車両用空調装置。
前記流路切替部は、前記第１冷媒熱媒体熱交換器を通過した熱媒体を前記空気流通路の下流側に配置された前記熱交換器に流入させると共に、前記第２冷媒熱媒体熱交換器を通過した熱媒体を前記空気流通路の上流側に配置された前記熱交換器に流入させる、請求項１記載の車両用空調装置。
前記流路切替部は、前記第２冷媒熱媒体熱交換器を通過した熱媒体を前記第１冷媒熱媒体熱交換器に流入させ、前記空調ユニットの複数の前記熱交換器に流入させる、請求項１記載の車両用空調装置。
前記流路切替部は、前記第２冷媒熱媒体熱交換器及び前記第１冷媒熱媒体熱交換器を順に通過した熱媒体を、前記空気流通路の下流側に配置された前記熱交換器を通過させた後に、前記空気流通路の上流側に配置された前記熱交換器に流入させる、請求項１記載の車両用空調装置。