JP2023183719A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行う。【解決手段】冷媒回路と、冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、冷媒回路及び熱媒体回路を制御すると共に、流路切替部を制御して流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、を備えた車両用空調装置であって、高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、複数の蓄熱部のうち少なくとも１つの蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を外部熱交換器に流す、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。

ヒートポンプ式の冷媒回路を用いた車両用空調装置として、圧縮機、放熱用の凝縮器、膨張機構、吸熱用の蒸発器を含む冷媒回路と、凝縮器又は蒸発器におい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とを備えたものが知られている。

このような車両用空調装置において、暖房運転時に室外熱交換器に着霜が生じると暖房能力が低下するため、除霜を行う必要がある。この場合、通常、一時的に暖房運転を停止したり、出力を低下させたりして除霜運転を行い、必要に応じて補助ヒータ等の加熱手段を作動させて車室内の暖房を補っている（例えば、特許文献１）。

特開２０１８－１２８２４３号公報

上述のように、除霜運転時には、暖房運転を一時的に停止させたり、出力を低下させたりする必要が生じ、車室内の暖房を十分に行うことができない。これを補うために補助ヒータ等の加熱手段を作動させる場合には、そのための電力を要することとなる。このように、車両用空調装置では、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させること、すなわち、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを共に効率よく十分に行うことが難しいという問題があった。

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、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うこと、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複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御すると共に、前記流路切替部を制御して前記流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、を備えた車両用空調装置であって、複数の前記流路は、前記冷媒回路により加熱された熱媒体が循環する高温熱媒体流路と、前記冷媒回路により冷却された熱媒体が循環する低温熱媒体流路と、熱媒体との熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含む蓄熱流路と、外気と熱媒体との熱交換を行う外部熱交換器を含む室外流路と、を含み、前記制御部は、前記流路切替部を制御して、前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、前記複数の蓄熱部のうち少なくとも１つの前記蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を前記室外流路に流す。

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、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うことができる。

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外気吸熱暖房・蓄熱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蓄熱吸熱暖房・除霜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主空調ユニット８０及び個別空調ユニット９０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、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。この他、冷媒回路Ｒは、例えば、凝縮器１２の下流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、冷媒回路Ｒにより加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路（後述）と、タンク５０（貯留部）、複数の流路の接続状態を切替える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、及び第３流路切替部Ｖ３を含んで構成されている。
熱媒体回路１０は、複数の流路として、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０を含んでいる。

高温熱媒体流路２０は、冷媒回路Ｒによって加熱された熱媒体が循環する。より詳しくは、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高温熱交換器２１（加熱部）を備えており、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。

低温熱媒体流路３０は、冷媒回路Ｒによって冷却された熱媒体が循環する。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（冷却部）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。

蓄熱流路４０は、熱媒体と熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含んでいる。蓄熱流路４０に設けられる蓄熱部として、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、走行用モータの温調を行うモータ用熱交換器４２、インバータの温調を行うインバータ用熱交換器４３、及び、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等の駆動に伴って発熱を生じる車載機器に設けられる熱交換器を適用することができる。これにより、蓄熱した熱媒体の熱や、各車載機器から生じる熱を空調に利用することができる。蓄熱流路４０において熱媒体は第３ポンプＰ３によって圧送され、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を通過する。

蓄熱流路４０では、バッテリ用熱交換器４１を含む第１蓄熱流路４０１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２蓄熱流路４０２とが、第２流路切替部Ｖ２を介して接続されている。また、第１蓄熱流路４０１及び第２蓄熱流路４０２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又は接続した流路とすることができる。

室外流路６０は、外気との熱交換を行う室外熱交換器４５を含んでいる。
空調流路７０は、主空調ユニット８０に配備され熱媒体と車室内に送風される空気との熱交換を行う第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２と、個別空調ユニット９０に配備され熱媒体と各シート毎に送風される空気との熱交換を行う第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２とを含んでいる。

このように、車両用空調装置１において、熱媒体回路１０の各流路、すなわち、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０が、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及び第３流路切替部Ｖ３を介して接続されている。これらの第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び第３流路切替部Ｖ３を後述する制御部１００により制御することで、各流路の接続状態を切り替えて、互いに独立した流路又は一部が接続した流路とすることができる。

タンク５０は、流入口５２を介して高温熱媒体流路２０に、流入口５４を介して蓄熱流路４０に、流出口５３を介して低温熱媒体流路３０にそれぞれ接続されている。
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。蓄熱流路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によって蓄熱流路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に至る経路において、流入口５２の近傍にリリーフ弁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に至る経路において、流入口５４の近傍にリリーフ弁５８が設けられている。これにより、蓄熱流路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、蓄熱流路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、蓄熱流路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。

主空調ユニット８０は、空気（外気又は内気）を主空調ユニット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を空気流通路８４に送風する送風機８７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主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２と、第１主熱交換器８１を通過した後の空気流通路８４内の空気を第２主熱交換器８２に通風させる割合を調整するエアミックスダンパ８９を備えている。

主空調ユニット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主熱交換器８１のみ、又は、第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２の双方に通風させ、第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器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。

個別空調ユニット９０は、空調流路７０を循環する熱媒体が流れる第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２と、個別空調ユニット９０における、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２への熱媒体の流入を制御すると共に流量調整が可能な三方弁９５（流量調整部）と、を備え、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２の何れか一方又は双方を通過する空気を車室内に送風する。

第１個別熱交換器９１は、吸込口９３１から導入され、送風機９７１によって送風された空気が流通する空気流通路９４１に設けられている。同様に、第２個別熱交換器９２は、吸込口９３２から導入され送風機９７２によって送風された空気が流通する空気流通路９４２に設けられている。

このように、車両用空調装置１において、熱媒体回路１０の各流路、すなわち、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０が、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及び第３流路切替部Ｖ３を介して接続されている。これらの第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び第３流路切替部Ｖ３を後述する制御部１００により制御することで、各流路の接続状態を切り替えて、互いに独立した流路又は一部が接続した流路とすることができる。

つまり、熱媒体回路１０の高温熱媒体流路２０及び低温熱媒体流路３０が、空調目的や目標空調温度に応じて蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０のいずれかに接続され、接続された流路に熱媒体が流れるように、制御部１００により第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び三方弁８５，９５の制御が行われる。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、第２流路切替部Ｖ２及び三方弁８５，９５を経由して第１主熱交換器８１、第２主熱交換器８２、第１個別熱交換器９１又は第２個別熱交換器９２のうち接続された熱交換器に流入し、車室内の空調が行われる。

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（ＥＣＵ）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には何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロ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ＴＣ２１、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ＴＣ３１、主空調ユニット８０の第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ８０、個別空調ユニット９０の第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ９０、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）、が接続されている。

一方、制御部１００の出力には、膨張弁１３、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、第３流路切替部Ｖ３、三方弁８５，９５、送風機８７，９７１，９７２、及びエアミックスダンパ８９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。

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、主空調ユニット８０又は個別空調ユニット９０を用いた暖房モード、冷房モード及び除湿モード、室外熱交換器４５の除霜モード、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。

本実施形態にかかる車両用空調装置では、車室内を暖房する動作モードとして、車室内の暖房と合わせて蓄熱部への蓄熱を行う外気吸熱暖房・蓄熱モードと、暖房と室外熱交換器４５の除霜を同時に行う蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを実行することができる。これら２つのモードは、室外熱交換器４５の着霜の状態に応じて適宜切り替えることが好ましい。以下、外気吸熱暖房・蓄熱モード及び蓄熱吸熱暖房・除霜モードについて説明する。

（１）外気吸熱暖房・蓄熱モード
外気吸熱暖房・蓄熱モードは、室外熱交換器４５を吸熱源として用い、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などの各車載機器用熱交換器を蓄熱部として用いることで、各種車載機器において生じた熱を蓄熱しながら、暖房を行う動作モードである。

外気吸熱暖房・蓄熱モードの実行時は、高温熱媒体流路２０において、凝縮器１２を通過する冷媒と高温熱交換器２１を通過する熱媒体とを熱交換させて加熱された熱媒体を、主空調ユニット８０の第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２に導入させると共に、個別空調ユニット９０の第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に導入させる。また、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、吸熱源としての室外熱交換器４５に導入させる。
外気吸熱暖房・蓄熱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、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。また、高温と低温の中間の温度の熱媒体が循環する配管を灰色の実線で示している。
制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、第３流路切替部Ｖ３、及び三方弁８５，９５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と空調流路７０とを接続して、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体を高温熱媒体流路２０と空調流路７０に循環させる。
すなわち、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して三方弁８５に流入する。三方弁８５に流入した熱媒体は、一部が第２主熱交換器８２に流れ、残りが三方弁９５に向かって流れる。

第２主熱交換器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、合流部７２に流れる。三方弁９５に流入した熱媒体は、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流れるように分流され、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２において空気流通路９４１，９４２を通過する空気とそれぞれ熱交換し、合流部７１において合流した後に、合流部７２に流れる。

第２主熱交換器８２、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２をそれぞれ流れた熱媒体は、合流部７２において合流し、第１流路切替部Ｖ１を経由して第１主熱交換器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主熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第３流路切替部Ｖ３を経由して第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に戻る循環を繰り返す。

一方、制御部１００は、低温熱媒体流路３０と室外流路６０とを接続して、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及び室外流路６０に循環させる。このとき、制御部１００により、室外熱交換器４５に設けられた不図示のグリルシャッタを開状態としておく。
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、室外熱交換器４５においてグリルシャッタを介して導入された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Ｐ２により低温熱交換器３１に戻る循環を繰り返す。
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。

また、制御部１００は、蓄熱流路４０において、第１蓄熱流路４０１と第２蓄熱流路４０２とを接続して第３ポンプＰ３により熱媒体を循環させ、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に蓄熱する。

このようにすることで、車両用空調装置１において、車室内の暖房及びシート毎の暖房を行うことができる。暖房モードの実行時に、主空調ユニット８０の２つの熱交換器である第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２の双方に高温の熱媒体を流すことができる。特に、第２主熱交換器８２を通過した熱媒体と第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２を通過した熱媒体を合流させて第１主熱交換器８１に流すことで、第２主熱交換器８２を通過する前の空気を、予め、第１主熱交換器８１において加熱することができる。

このように、第２主熱交換器８２において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱と、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱とを第１主熱交換器８１における空気の加熱に利用するため、主空調ユニット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。

なお、三方弁９５を制御することで、第１個別熱交換器９１又は第２個別熱交換器９２のいずれか一方のみ又は双方へ熱媒体を流入させることができる。また、三方弁９５によって第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２への熱媒体の流入量を調整することができる。さらに、送風機９７１，９７２よる送風量を調整することができる。これにより、空気流通路９４１，９４２を通過する空気をそれぞれ所望の温度帯に調整することができる。

また、高温熱交換器２１によって加熱された熱媒体が高温熱媒体流路２０と空調流路７０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。

低温熱媒体流路３０と室外流路６０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。

（２）蓄熱吸熱暖房・除霜モード
蓄熱吸熱暖房・除霜モードは、複数の蓄熱部のうちの１つであるバッテリ用熱交換器４１を吸熱源として車室内の暖房を行い、その他の各種車載機器用熱交換器に蓄熱された熱を利用しながら室外熱交換器４５の除霜を行うことにより、暖房と除霜を同時に実行する動作モードである。

蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時は、高温熱媒体流路２０において、凝縮器１２を通過する冷媒と高温熱交換器２１を通過する熱媒体とを熱交換させて加熱された熱媒体を、主空調ユニット８０の第１主熱交換器８１と、個別空調ユニット９０の第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に導入させる。また、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、吸熱源としてのバッテリ用熱交換器４１に導入させる。さらに、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を順に通過した熱媒体を室外熱交換器４５に導入させる。
蓄熱吸熱暖房・除霜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、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。また、高温と低温の中間の温度の熱媒体が循環する配管を二点鎖線で示し、熱媒体が流通しない配管を破線で示している。
制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、第３流路切替部Ｖ３、及び三方弁８５，９５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と空調流路７０とを接続して、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体を高温熱媒体流路２０と空調流路７０に循環させる。
蓄熱吸熱暖房・除霜モードでは、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１、及び三方弁８５，９５を経て第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流入する。

第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流入した熱媒体は、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２において空気流通路９４１，９４２を通過する空気とそれぞれ熱交換し、合流部７１において合流し、合流部７２、第１流路切替部Ｖ１を経て、第１主熱交換器８１に流入する。第１主熱交換器８１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、第１流路切替部Ｖ１及び第３流路切替部Ｖ３を経由して第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に戻る循環を繰り返す。これにより、第１主熱交換器８１により車室内を暖房しつつ、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によりシート毎の暖房を行うことができる。

一方、制御部１００は、低温熱媒体流路３０と蓄熱流路４０のうち第１蓄熱流路４０１とを接続して、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蓄熱流路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及び第２流路切替部Ｖ２を経由して第３ポンプＰ３により圧送されてバッテリ用熱交換器４１に流入し、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。
上記循環を繰り返すことで、バッテリ用熱交換器４１を通過した熱媒体を低温熱媒体流路３０に流して低温熱交換器３１に導くため、バッテリ用熱交換器４１を吸熱源として用いることができる。

また、制御部１００は、室外流路６０と蓄熱流路４０の第２蓄熱流路４０２とを接続して、室外熱交換器４５、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に熱媒体を循環させる。これにより、室外流路６０と第２蓄熱流路４０２とが接続された流路には、高温熱媒体流路２０と空調流路７０とが接続された流路に循環する熱媒体よりも低温であり、かつ、低温熱媒体流路３０と第１蓄熱流路４０１とが接続された流路を循環する熱媒体よりも高温の熱媒体が循環することとなる。これにより、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に蓄熱された熱を利用して室外熱交換器４５の除霜を行うことができる。なお、蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時は、制御部１００により、室外熱交換器４５に設けられたグリルシャッタを閉状態としておく。

上述のように、室外流路６０と第２蓄熱流路４０２とが接続された流路では、熱媒体が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を順に通過することで各機器において生じた熱又は蓄熱されていた熱を回収して熱媒体の温度を調整しながら室外熱交換器４５の除霜を行う。一方、外気温や室外熱交換器４５に対する着霜の程度によっては、第２蓄熱流路４０２を循環するのみでは、十分に除霜ができない場合もある。

このような場合、制御部１００は、第３流路切替部Ｖ３を制御して、高温熱媒体流路２０を循環する熱媒体を、第２蓄熱流路４０２において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を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる。併せて、第２蓄熱流路４０２において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を通過した熱媒体を、高温熱媒体流路２０の熱媒体に混合させる。このとき、第２蓄熱流路４０２から高温熱媒体流路２０に混合される熱媒体の量は、高温熱媒体流路２０から第２蓄熱流路４０２に混合された熱媒体と同量とする。

つまり、高温熱媒体流路２０を循環する熱媒体と、第２蓄熱流路４０２を循環する熱媒体を所定量交換し、第２蓄熱流路４０２において循環する熱媒体の量を維持しながら温度を上昇させる。これにより、室外熱交換器４５の除霜を確実に行うことができる。また、必要に応じてＥＣＨ４６を作動させて熱媒体を補助的に加熱することもできる。

一方、高温熱媒体流路２０では、第２蓄熱流路４０２から混合された熱媒体によって、熱媒体の温度がやや低下するものの、高温熱交換器２１を通過して再び加熱される。さらに、高温熱交換器２１において加熱された熱媒体は、主空調ユニットの第２主熱交換器８２を通過することなく、第１個別熱交換器９１および第２個別熱交換器９２に導かれ、その後第１主熱交換器８１に導入される。すなわち、車室内では、主空調ユニット８０における暖房を抑制し、主として、個別空調ユニット９０によるシート毎の暖房を行うことで、乗員の快適性を維持しながら車室内全体の暖房能力を抑制する。

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。

低温熱媒体流路３０と第１蓄熱流路４０１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。

蓄熱流路４０の第２蓄熱流路４０２と室外流路６０とが接続された流路において、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。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、室外熱交換器４５の除霜を要しない場合に、外気吸熱暖房・蓄熱モードを実行して車室内の暖房を行うとともに、蓄熱部としての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に蓄熱する。そして、室外熱交換器４５に着霜が生じた場合に、蓄熱吸熱暖房・除霜モードに切り替えることで、外気吸熱暖房・蓄熱モードの実行時に蓄熱された蓄熱部を吸熱源として暖房運転を行うとともに、室外熱交換器の除霜を行う。

このように、外気吸熱暖房・蓄熱モードと蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを、必要に応じて自動的に又はユーザによる操作に基づいて切り替えることで、暖房運転に用いられる吸熱源を確保することができるので、車室内の暖房を停止させることなく、室外熱交換器４５の除霜を行うことができる。

蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時には、高温熱媒体流路２０を循環する高温の熱媒体を、第２蓄熱流路４０２において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を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる。
これにより、第２蓄熱流路４０２を循環する熱媒体の量を維持しながら温度を上昇させるので、室外熱交換器４５の除霜を確実に行うことができる。

一方、同時に、第２蓄熱流路４０２から高温熱媒体流路２０に対して、高温熱媒体流路２０から第２蓄熱流路４０２に混合させた熱媒体と同量だけ混合させる。これにより、高温熱媒体流路２０では、循環する熱媒体の温度はやや低下するが、空調流路７０では、熱媒体を第２主熱交換器８２に流入させず、第１主熱交換器８１、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によって車室内の空調を行うことで、主空調ユニット８０における暖房を抑制する。また、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２を第１主熱交換器８１よりも熱媒体の流通方向上流側に配置して、シート毎の空調を優先的に用いることで乗員の快適性を損なうことなく、暖房能力を抑制することができる。

このように、外気吸熱暖房・蓄熱モードと蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを実行可能とし、これらの動作モードを必要に応じて適宜切り替えることで、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うことができる。

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。

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
２８，３８，４８：接続部
３０：低温熱媒体流路
３１：低温熱交換器
４０：蓄熱流路
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
５０：タンク、５２：流入口、５３：流出口、５４：流入口
５７，５８：リリーフ弁
６０：室外流路、７０：空調流路
７１，７２：合流部
８０：主空調ユニット、８１：第１主熱交換器、８２：第２主熱交換器
８３：吸込口、８４：空気流通路、８７：送風機
８５，９５：三方弁
８９：エアミックスダンパ
９０：個別空調ユニット、９１：第１個別熱交換器、９２：第２個別熱交換器
１００：制御部、２００：車両コントローラ、３００：空調操作部
９３１，９３２：吸込口、９４１，９４２：空気流通路、９７１，９７２：送風機
Ｒ：冷媒回路
Ｖ１：第１流路切替部、Ｖ２：第２流路切替部、Ｖ３：第３流路切替部

Claims (4)

1. 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複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、
   前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御すると共に、前記流路切替部を制御して前記流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、備えた車両用空調装置であって、
   複数の前記流路は、
   前記冷媒回路により加熱された熱媒体が循環する高温熱媒体流路と、
   前記冷媒回路により冷却された熱媒体が循環する低温熱媒体流路と、
   熱媒体との熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含む蓄熱流路と、
   外気と熱媒体との熱交換を行う外部熱交換器を含む室外流路と、を含み、
   前記制御部は、前記流路切替部を制御して、
   前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、前記複数の蓄熱部のうち少なくとも１つの前記蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を前記室外流路に流す、車両用空調装置。
2. 前記制御部は、
   前記蓄熱流路のうち第１蓄熱部を通過した熱媒体を前記低温熱媒体流路に流すことにより前記第１蓄熱部を吸熱源として車室内の暖房を行うと共に、前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を前記蓄熱流路のうち第２蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合させ、混合させた熱媒体を前記室外流路に流す、請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記熱媒体回路は、
   空調ユニットに配備され車室内に送風する空気と熱媒体との熱交換を行う複数の室内熱交換器を含む空調流路を含み、
   前記制御部は、
   前記高温熱媒体流路と前記空調流路とを接続し、複数の前記室内熱交換器の少なくとも１つを通過した熱媒体を、前記第２蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる、請求項２記載の車両用空調装置。
4. 前記空調流路は、
   車室内空間に吹き出される空気と熱交換を行う第１室内熱交換器と、車室内の一部に吹き出される空気と熱交換を行う第２室内熱交換器とを含み、
   前記制御部は、
   前記高温熱媒体流路と前記空調流路とを接続し、前記第２室内熱交換器が前記第１室内熱交換器より上流側となるように熱媒体を流す、請求項３記載の車両用空調装置。