JP5851696B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気自動車に適用可能な車両用空気調和装置に関するものである。

従来、この種の車両用空気調和装置では、車両の動力源としてのエンジンによって駆動する圧縮機と、車室外に設けられた放熱器と、車室内に設けられた吸熱器と、を備え、圧縮機が吐出した冷媒を放熱器において放熱させるとともに、吸熱器において吸熱させ、吸熱器において冷媒と熱交換した空気を車室内に供給することで冷房運転を行っている。また、従来の車両用空気調和装置では、車室内にヒータコアを備え、エンジンの冷却に用いた冷却水の排熱をヒータコアにおいて放熱させ、ヒータコアにおいて冷却水と熱交換した空気を車室内に向かって吹出すことで暖房運転を行っている。さらに、従来の車両用空気調和装置では、車室内に供給する空気を吸熱器において要求される絶対湿度まで冷却して除湿し、吸熱器において冷却して除湿された空気をヒータコアにおいて所望の温度まで加熱した後に車室内に向かって吹出す除湿暖房運転を行っている。

前記車両用空気調和装置では、暖房運転及び除湿暖房運転において空気を加熱する熱源としてエンジンからの排熱を利用している。車両の動力源が電動モータである電気自動車は、エンジンのように車室内に供給する空気を加熱可能な排熱を取り出すことが困難であるため、前記車両用空気調和装置を適用することができない。

そこで、電気自動車に適用することができる車両用空気調和装置として、電力駆動の圧縮機、室内側熱交換器および室外側熱交換器を有する冷媒回路と、電力駆動のヒータとを備え、圧縮機の運転によって室内側熱交換器から放出される熱とヒータから放出される熱の一方または両方の熱によって車室内の暖房を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−５２６３６号公報

前記電気自動車に適用可能な車両用空気調和装置では、圧縮機やヒータの運転に車両走行用の電力が消費される。このため、空調負荷が大きい場合には、車両走行用の電力の多くが圧縮機やヒータの運転で消費され、車両の走行可能距離が短くなるおそれがある。

本発明の目的とするところは、圧縮機やヒータの運転によって消費される電力を低減することで車両の走行可能距離を延長することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、電力駆動の圧縮機、室内側熱交換器および室外側熱交換器を有する冷媒回路と、電力駆動のヒータとを備え、圧縮機の運転によって室内側熱交換器から放出される熱とヒータから放出される熱の一方または両方の熱によって車室内の暖房が可能な車両用空気調和装置において、必要な暖房の加熱量を得る際に、消費電力が最小となる圧縮機およびヒータの運転の分担率を算出する電力最小分担率算出手段と、電力最小分担率算出手段によって算出された算出結果に基づいて、圧縮機の回転数を制御するとともに、ヒータの放熱量を制御する制御手段と、を備え、電力最小分担率算出手段によって算出される分担率は、車室内に吹き出すべき空気の温度である目標吹出温度、車室内に吹き出す空気を目標吹出温度とするために必要な加熱量、車室外の温度に応じて変化する。

これにより、消費電力が最小となる分担率で圧縮機およびヒータのそれぞれが制御されることから、必要な暖房の加熱量が最小の消費電力で得られる。

本発明によれば、必要な暖房の加熱量が最小の消費電力で得られるので、暖房または除湿暖房によって消費される電力を低減することで車両の走行可能距離を延長することが可能となる。

本発明の第１実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 制御系を示すブロック図である。 冷房運転及び除湿冷房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第１除湿暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第２除湿暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 除霜運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 加熱量制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の電力制限運転制御処理を示すフローチャートである。

図１乃至図８は、本発明の第１実施形態を示すものである。

本発明の車両用空気調和装置は、電力によって走行する電気自動車に適用されるものであり、車両走行用のバッテリの電力によって運転される。この車両用空気調和装置は、図１に示すように、車室内に設けられた空調ユニット１０と、車室内および車室外に亘って構成された冷媒回路２０及び水回路３０と、を備えている。

空調ユニット１０は、車室内に供給する空気を流通させるための空気流通路１１を有している。空気流通路１１の一端側には、車室外の空気を空気流通路１１に流入させるための外気吸入口１１ａと、車室内の空気を空気流通路１１に流入させるための内気吸入口１１ｂと、が設けられている。また、空気流通路１１の他端側には、空気流通路１１を流通する空気を車室内の搭乗者の足元に向かって吹き出させるフット吹出口１１ｃと、空気流通路１１を流通する空気を車室内の搭乗者の上半身に向かって吹き出させるベント吹出口１１ｄと、空気流通路１１を流通する空気を車両のフロントガラスの車室内側の面に向かって吹き出させるデフ吹出口１１ｅと、が設けられている。

空気流通路１１の一端側には、空気を空気流通路１１の一端側から他端側に向かって流通させるためのシロッコファン等の室内送風機１２が設けられている。この室内送風機１２は電動モータ１２ａによって駆動される。

空気流通路１１の一端側には、外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂの一方を開放して他方を閉鎖することが可能な吸入口切換えダンパ１３が設けられている。この吸入口切換えダンパ１３は電動モータ１３ａによって駆動される。吸入口切換えダンパ１３によって内気吸入口１１ｂが閉鎖されて外気吸入口１１ａが開放されると、外気吸入口１１ａから空気が空気流通路１１に流入する外気供給モードとなる。また、吸入口切換えダンパ１３によって外気吸入口１１ａが閉鎖されて内気吸入口１１ｂが開放されると、内気吸入口１１ｂから空気が空気流通路１１に流入する内気循環モードとなる。さらに、吸入口切換えダンパ１３が外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとの間に位置し、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂがそれぞれ開放されると、吸入口切換えダンパ１３による外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂのそれぞれの開口率に応じた割合で、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとから空気が空気流通路１１に流入する外内気吸入モードとなる。

空気流通路１１の他端側のフット吹出口１１ｃ、ベント吹出口１１ｄ及びデフ吹出口１１ｅのそれぞれには、各吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを開閉するための吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。この吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、図示しないリンク機構によって連動するように構成され、電動モータ１３ｅによってそれぞれ開閉される。ここで、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃが開放されてベント吹出口１１ｄが閉鎖され、デフ吹出口１１ｅが僅かに開放されると、空気流通路１１を流通する空気の大部分がフット吹出口１１ｃから吹き出されると共に残りの空気がデフ吹出口１１ｅから吹き出されるフットモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅが閉鎖されてベント吹出口１１ｄが開放されると、空気流通路１１を流通する空気の全てがベント吹出口１１ｄから吹き出されるベントモードとなる。さらに、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄが開放されてデフ吹出口１１ｅが閉鎖されると、空気流通路１１を流通する空気がフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄから吹き出されるバイレベルモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄが閉鎖されてデフ吹出口１１ｅが開放されると、空気流通路１１を流通する空気がデフ吹出口１１ｅから吹き出されるデフモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってベント吹出口１１ｄが閉鎖されてフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅが開放されると、空気流通路１１を流通する空気がフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅから吹き出されるデフフットモードとなる。尚、バイレベルモードにおいては、フット吹出口１１ｃから吹き出される空気の温度がベント吹出口１１ｄから吹き出される空気の温度よりも高温となる温度差が生じるような、空気流通路１１、フット吹出口１１ｃ、ベント吹出口１１ｄ、後述する吸熱器及び放熱器の互いの位置関係や構造となっている。

室内送風機１２の空気流通方向下流側の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気を冷却及び除湿するための吸熱器１４が設けられている。また、吸熱器１４の空気流通方向下流側の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気を加熱するための放熱器１５が設けられている。吸熱器１４は、冷媒回路２０を流通する冷媒と空気流通路１１を流通する空気とを熱交換させるためのフィンとチューブとからなる熱交換器である。また、放熱器１５は、水回路３０を流通する水と空気流通路１１を流通する空気とを熱交換させるためのフィンとチューブとからなる熱交換器である。

吸熱器１４と放熱器１５との間の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気の放熱器１５において加熱される割合を調整するためのエアミックスダンパ１６が設けられている。エアミックスダンパ１６は電動モータ１６ａによって駆動される。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１の放熱器１５の上流側に位置することによって、放熱器１５において熱交換する空気の割合が減少し、空気流通路１１の放熱器１５以外の部分側に移動させることによって、放熱器１５において熱交換する空気の割合が増加する。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を閉鎖して放熱器１５以外の部分を開放した状態で開度が０％となり、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を開放し、放熱器１５以外の部分を閉鎖した状態で開度が１００％となる。

冷媒回路２０は、前記吸熱器１４、冷媒を圧縮するための圧縮機２１、冷媒と水回路３０を流通する水とを熱交換させるための水冷媒熱交換器２２、冷媒と車室外の空気とを熱交換するための室外熱交換器２３、放熱器１５から流出する冷媒と吸熱器１４から流出する冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器２４、冷媒の流路を切換えるための電動の三方弁２５、第１〜第４電磁弁２６ａ〜２６ｄ、第１〜第２逆止弁２７ａ〜２７ｂ、流通する冷媒を減圧するための第１及び第２膨張弁２８ａ，２８ｂを有し、これらは銅管やアルミニウム管によって接続されている。圧縮機２１及び室外熱交換器２３は、車室外に配置されている。また、圧縮機２１は電動モータ２１ａによって駆動される。室外熱交換器２３には、車両の停止時に車室外の空気と冷媒とを熱交換させるための室外送風機２９が設けられている。室外送風機２９は、電動モータ２９ａによって駆動される。

具体的には、圧縮機２１の冷媒吐出側に水冷媒熱交換器２２の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ａが設けられている。また、水冷媒熱交換器２２の冷媒流出側には、室外熱交換器２３の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｂが設けられている。冷媒流通路２０ｂには、三方弁２５が設けられ、三方弁２５の一方の冷媒流出側と他方の冷媒流出側が互いに並列に室外熱交換器２３の冷媒流入側に接続され、それぞれ冷媒流通路２０ｃ，２０ｄが設けられている。冷媒流通路２０ｄには、冷媒流通方向の上流側から順に、第１膨張弁２８ａ、第１逆止弁２７ａが設けられている。室外熱交換器２３の冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側と、冷媒流通路２０ｄの三方弁２５と第１膨張弁２８ａとの間と、が互いに並列に接続されることによって、それぞれ冷媒流通路２０ｅ，２０ｆが設けられている。冷媒流通路２０ｅには、第１電磁弁２６ａが設けられている。また、冷媒流通路２０ｆには、冷媒流通方向の上流側から順に、第２電磁弁２６ｂ、第２逆止弁２７ｂが設けられている。また、冷媒流通路２０ｄの三方弁２５と第１膨張弁２８ａとの間には、内部熱交換器２４の高圧冷媒流入側が接続され、冷媒流通路２０ｇが設けられている。冷媒流通路２０ｇには、第３電磁弁２６ｃが設けられている。内部熱交換器２４の高圧冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｈが設けられている。冷媒流通路２０ｈには、第２膨張弁２８ｂが設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、内部熱交換器２４の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｉが設けられている。内部熱交換器２４の低圧冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｅの第１電磁弁２６ａと圧縮機２１の冷媒吸入側との間が接続されることによって、冷媒流通路２０ｊが設けられている。冷媒流通路２０ａには、室外熱交換器２３の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｋが設けられている。冷媒流通路２０ｋには、第４電磁弁２６ｄが設けられている。

水回路３０は、前記放熱器１５、水冷媒熱交換器２２、熱媒体としての水を圧送するためのポンプ３１、電力によって水を加熱するための電熱ヒータ等からなる水加熱ヒータ３２を有し、これらは銅管やアルミニウム管によって接続されている。具体的には、ポンプ３１の水吐出側に水冷媒熱交換器２２の水流入側が接続されることによって、水流通路３０ａが設けられている。また、水冷媒熱交換器２２の水流出側には、水加熱ヒータ３２の水流入側が接続されることによって、水流通路３０ｂが設けられている。水加熱ヒータ３２の水流出側には、放熱器１５の水流入側が接続されることによって、水流通路３０ｃが設けられている。放熱器１５の水流出側には、ポンプ３１の水吸入側が接続されることによって、水流通路３０ｄが設けられている。ポンプ３１は電動モータ３１ａによって駆動される。

また、車両用空気調和装置は、車室内の温度及び湿度を設定された温度及び設定された湿度とする制御を行うためのコントローラ４０を備えている。

コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭを有している。コントローラ４０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ４０の入力側には、図２に示すように、車室外の温度Ｔａｍを検出するための外気温度センサ４１、車室内の温度Ｔｒを検出するための内気温度センサ４２、空気流通路１１に流入する空気の温度Ｔｉを検出するための吸気温度センサ４３、吸熱器１４において冷却された後の空気の温度Ｔｅを検出するための冷却空気温度センサ４４、放熱器１５において加熱された後の空気の温度Ｔｃを検出するための加熱空気温度センサ４５、車室内の湿度Ｔｈを検出するための内気湿度センサ４６、室外熱交換器２３において熱交換した後の冷媒の温度Ｔｈｅｘを検出するための冷媒温度センサ４７、日射量Ｔｓを検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ４８、車両の速度Ｖを検出するための速度センサ４９、目標設定温度Ｔｓｅｔや運転の切換えに関するモードを設定するための操作部５０、冷媒回路２０の高圧側の圧力Ｐｄを検出するための圧力センサ５１が接続されている。

コントローラ４０の出力側には、図２に示すように、室内送風機１２駆動用の電動モータ１２ａ、吸入口切換えダンパ１３駆動用の電動モータ１３ａ、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ駆動用の電動モータ１３ｅ、エアミックスダンパ１６駆動用の電動モータ１６ａ、圧縮機２１駆動用の電動モータ２１ａ、三方弁２５、第１〜第４電磁弁２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ、室外送風機２９駆動用の電動モータ２９ａ、ポンプ３１駆動用の電動モータ３１ａ、水加熱ヒータ３２、車室内の温度Ｔｒや運転状態等の情報を表示するための液晶ディスプレイ等からなる表示部５２が接続されている。

以上のように構成された車両用空気調和装置では、冷房運転、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転、第２除湿暖房運転、除霜運転が行われる。以下、それぞれの運転について説明する。

冷房運転において、冷媒回路２０では、三方弁２５の流路を冷媒流通路２０ｃ側に設定し、第２及び第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを開放するとともに、第１及び第４電磁弁２６ａ，２６ｄを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。また、水回路３０では、ポンプ３１の運転を停止の状態とする。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図３に示すように、冷媒流通路２０ａ、水冷媒熱交換器２２、冷媒流通路２０ｂ，２０ｃ、室外熱交換器２３、冷媒流通路２０ｆ，２０ｄ，２０ｇ、内部熱交換器２４の高圧側、冷媒流通路２０ｈ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｉ、内部熱交換器２４の低圧側、冷媒流通路２０ｊ，２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、室外熱交換器２３において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。冷房運転においては、ポンプ３１の運転を停止しているため、水冷媒熱交換器２２において冷媒は放熱しない。

このとき、冷房運転中の空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却され、車室内の温度を目標設定温度Ｔｓｅｔとするために吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから吹き出すべき空気の温度である目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

除湿冷房運転において、冷媒回路２０では、冷房運転の場合と同様に、三方弁２５の流路を冷媒流通路２０ｃ側に設定し、第２及び第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを開放するとともに、第１及び第４電磁弁２６ａ，２６ｄを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。また、水回路３０では、ポンプ３１を運転する。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図３に示すように、冷房運転の場合と同様に流通する。冷媒回路２０を流通する冷媒は、水冷媒熱交換器２２及び室外熱交換器２３において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。

また、ポンプ３１から吐出された水は、図３の鎖線で示すように、水冷媒熱交換器２２、水加熱ヒータ３２、放熱器１５の順に流通してポンプ３１に吸入される。水回路３０を流通する水は、水冷媒熱交換器２２において吸熱し、放熱器１５において放熱する。

このとき、除湿冷房運転中の空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換して冷却されることによって除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、放熱器１５おいて放熱する水と熱交換して加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

暖房運転において、冷媒回路２０では、三方弁２５の流路を冷媒流通路２０ｄ側に設定し、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、第２〜第４電磁弁２６ｂ〜２６ｄを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。また、水回路３０では、ポンプ３１を運転する。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図４に示すように、冷媒流通路２０ａ、水冷媒熱交換器２２、冷媒流通路２０ｂ，２０ｄ、室外熱交換器２３、冷媒流通路２２ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、水冷媒熱交換器２２において放熱し、室外熱交換器２３において吸熱する。

また、ポンプ３１から吐出された水は、図４に示すように、水冷媒熱交換器２２、水加熱ヒータ３２、放熱器１５の順に流通してポンプ３１に吸入される。水回路３０を流通する水は、水冷媒熱交換器２２において吸熱し、放熱器１５において放熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換することなく、水冷媒熱交換器２２において水と熱交換して加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

第１除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、三方弁２５の流路を冷媒流通路２０ｄ側に設定し、第１及び第３電磁弁２６ａ，２６ｃを開放するとともに、第２及び第４電磁弁２６ｂ，２６ｄを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。また、水回路３０では、ポンプ３１を運転する。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図５に示すように、冷媒流通路２０ａ、水冷媒熱交換器２２、冷媒流通路２０ｂ，２０ｄを順に流通する。冷媒流通路２０ｄを流通する冷媒の一部は、室外熱交換器２３、冷媒流通路２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。また、冷媒流通路２０ｄを流通するその他の冷媒は、冷媒流通路２０ｇ、内部熱交換器２４の高圧側、冷媒流通路２０ｈ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｉ、内部熱交換器２４の低圧側、冷媒流通路２０ｊ，２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４及び室外熱交換器２３において吸熱する。

また、ポンプ３１から吐出された水は、図５に示すように、水冷媒熱交換器２２、水加熱ヒータ３２、放熱器１５の順に流通してポンプ３１に吸入される。水回路３０を流通する水は、水冷媒熱交換器２２において吸熱し、放熱器１５において放熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却されることにより除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、一部の空気が放熱器１５において水と熱交換することによって加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

第２除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、三方弁２５の流路を冷媒流通路２０ｄ側に設定し、第３電磁弁２６ｃを開放するとともに、第１、第２及び第４電磁弁２６ａ，２６ｂ，２６ｄを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。また、水回路３０では、ポンプ３１を運転する。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図６に示すように、冷媒流通路２０ａ、水冷媒熱交換器２２、冷媒流通路２０ｂ，２０ｄ，２０ｇ、内部熱交換器２４の高圧側、冷媒流通路２０ｈ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｉ、内部熱交換器２４の低圧側、冷媒流通路２０ｊ，２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。

また、ポンプ３１から吐出された水は、図６に示すように、水冷媒熱交換器２２、水加熱ヒータ３２、放熱器１５の順に流通してポンプ３１に吸入される。水回路３０を流通する水は、水冷媒熱交換器２２において吸熱し、放熱器１５において放熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、前記第１除湿暖房運転と同様に、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却されることにより除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、一部の空気が放熱器１５において水と熱交換することによって加熱され、目標吹出温度ＴＡＯとなって車室内に吹き出される。

除霜運転において、冷媒回路２０では、三方弁２５の流路を冷媒流通路２０ｄ側に設定し、第１及び第４電磁弁２６ａ，２６ｄを開放するとともに、第２及び第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。また、水回路３０では、ポンプ３１を運転する。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒の一部は、図７に示すように、冷媒流通路２０ａ、水冷媒熱交換器２２、冷媒流通路２０ｂ，２０ｄを順に流通して室外熱交換器２３に流入する。また、圧縮機２１から吐出されたその他の冷媒は、冷媒流通路２０ａ，２０ｋを流通して室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒流通路２０ｅを流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱するとともに、室外熱交換器２３において放熱と同時に吸熱する。

また、ポンプ３１から吐出された水は、図７に示すように、水冷媒熱交換器２２、水加熱ヒータ３２、放熱器１５の順に流通してポンプ３１に吸入される。水回路３０を流通する水は、水冷媒熱交換器２２において吸熱し、放熱器１５において放熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換することなく、放熱器１５において放熱する水と熱交換することによって加熱され、車室内に吹き出される。

コントローラ４０は、操作部５０のオートエアコンスイッチがオンの状態に設定されている場合に、冷房運転、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転、第２除湿暖房運転、除霜運転を車室内外の温度等の環境条件に基づいて切換える運転切換え制御処理を行う。

また、コントローラ４０は、運転切換え制御処理によって切り換えられる各運転において、目標吹出温度ＴＡＯに応じてフットモード、ベントモード、バイレベルモードの切り替えを行う。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯが例えば４０℃以上など、高温となる場合にフットモードに設定する。また、コントローラ４０は、目標吹出温度ＴＡＯが例えば２５℃未満など、低温となる場合にベントモードに設定する。さらに、コントローラ４０は、目標吹出温度ＴＡＯが、フットモードが設定される目標吹出温度ＴＡＯとベントモードが設定される目標吹出温度ＴＡＯとの間の温度の場合にバイレベルモードに設定する。

また、コントローラ４０は、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによって吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅのモードを切換えるとともに、吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから吹出される空気の温度を目標吹出温度ＴＡＯとするために、エアミックスダンパ１６の開度を制御する。

また、コントローラ４０は、暖房運転時または除湿暖房運転時において、車室内に吹出す空気を目標吹出温度ＴＡＯとするための水冷媒熱交換器２２における冷媒の放熱量Ｑ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒをそれぞれ制御する加熱量制御処理を行う。このときのコントローラ４０の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、運転状態が暖房運転または除湿暖房運転であるか否かを判定する。運転状態が暖房運転または除湿暖房運転であると判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、運転状態が暖房運転または除湿暖房運転であると判定しなかった場合には加熱量制御処理を終了する。

（ステップＳ２）
ステップＳ１において運転状態が暖房運転または除湿暖房運転である判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、車室外の温度Ｔａｍ、吸熱器１４において冷却された後の空気の温度Ｔｅ（暖房運転の場合には、空気流通路１１に流入する空気の温度Ｔｉ）および目標吹出温度ＴＡＯに基づいて必要な加熱量Ｑｒｅｑを算出する。

（ステップＳ３）
ステップＳ３においてＣＰＵは、ステップＳ２において算出された必要な加熱量Ｑｒｅｑを出力する際に消費電力が最小となる水冷媒熱交換器２２からの放熱量Ｑ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの分担率である電力最小分担率を算出する。この電力最小分担率の算出方法については、後述する。

（ステップＳ４）
ステップＳ４においてＣＰＵは、ステップＳ３において算出された電力最小分担率ｋに応じて圧縮機２１および水加熱ヒータ３２をそれぞれ運転し、加熱量制御処理を終了する。
このとき、水冷媒熱交換器２２における冷媒の放熱量Ｑ＿ｈｐおよび水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒは、必要な加熱量Ｑｒｅqと電力最小分担率ｋ（０≦ｋ≦１）とから算出される（Ｑ＿ｈｐ＝ｋ×Ｑｒｅq，Ｑ＿ｈｔｒ＝（１−ｋ）×Ｑｒｅq）。

ステップＳ３における電力最小分担率ｋの算出方法について説明する。

水冷媒熱交換器２２の加熱能力に関する成績係数（Coefficient Of Performance, 以降ＣＯＰと記す）は、圧縮機２１の回転数Ｎｃ、車室外の温度Ｔａｍ、目標吹出温度ＴＡＯに応じて変化する。ＣＯＰは、圧縮機２１の回転数Ｎｃ、車室外の温度Ｔａｍおよび目標吹出温度ＴＡＯの各条件と、ＣＯＰとの関係を示す図表から読み出される。各条件とＣＯＰとの関係を示す図表は、例えば実験やコンピュータによるシミュレーション等によって構成される。

また、水冷媒熱交換器２２の放熱量Ｑ＿ｈｐは、圧縮機２１の回転数Ｎｃの増減に従って一定に増減する。

さらに、水加熱ヒータ３２の消費電力Ｗ＿ｈｔｒは、放熱量Ｑ＿ｈｔｒの増減に従って一定に増減する。しかし、水冷媒熱交換器２２の消費電力Ｗ＿ｈｐは、放熱量Ｑ＿ｈpをＣＯＰで除した関係を有している（Ｗ＿ｈｐ＝Ｑ＿ｈｐ／ＣＯＰ）。

したがって、電力最小分担率は、放熱量Ｑ＿ｈｐと放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの合計の放熱量Ｑ＿ｒｅｑを満たすことを前提に、消費電力Ｗ＿ｈｐと消費電力Ｗ＿ｈｔｒとの合計の消費電力Ｗ＿ｔｏｔａｌが最小となるときの水冷媒熱交換器２２と水加熱ヒータ３２の分担割合である。

電力最小分担率ｋは、必要な加熱量Ｑ＿ｒｅｑ、車室外の温度Ｔａｍ、目標吹出温度ＴＡＯに応じて変化する。電力最小分担率ｋは、必要な加熱量Ｑ＿ｒｅｑ、車室外の温度Ｔａｍ、目標吹出温度ＴＡＯの各条件と、電力最小分担率ｋとの関係を示す図表から決定される。電力最小分担率ｋと各条件との関係を示す図表は、例えば実験やコンピュータによるシミュレーション等によって構成される。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、必要な加熱量Ｑ＿ｒｅｑを得る際に、消費電力Ｗ＿ｔｏｔａｌが最小となる水冷媒熱交換器２２の放熱量Ｑ＿ｈｐおよび水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒの電力最小分担率ｋを算出し、算出結果に基づいて圧縮機２１および水加熱ヒータ３２をそれぞれ制御している。これにより、必要な暖房の出力が最小の消費電力で得られるので、暖房または除湿暖房によって消費される電力を低減することで車両の走行可能距離を延長することが可能となる。

図９は本発明の第２実施形態を示すものである。なお、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

この車両用空気調和装置は、車両走行用のバッテリの残量が所定残量以下となった場合に、供給される電力Ｗ＿totalが所定の制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣ以下に制限される電力制限運転を行うように構成されている。

この車両用空気調和装置のコントローラ４０は、電力制限運転中において、制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣの範囲内で最大の放熱量を得ることが可能な電力制限運転制御処理を行う。このときのコントローラ４０の動作を図９のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１１）
ステップＳ１１においてＣＰＵは、運転状態が暖房運転または除湿暖房運転であるか否かを判定する。運転状態が暖房運転または除湿暖房運転であると判定した場合にはステップＳ１２に処理を移し、運転状態が暖房運転または除湿暖房運転であると判定しなかった場合には電力制限運転制御処理を終了する。

（ステップＳ１２）
ステップＳ１１において運転状態が暖房運転または除湿暖房運転である判定した場合に、ステップＳ１２においてＣＰＵは、車室外の温度Ｔａｍ、吸熱器１４において冷却された後の空気の温度Ｔｅ（暖房運転の場合には、空気流通路１１に流入する空気の温度Ｔｉ）および目標吹出温度ＴＡＯに基づいて必要な加熱量Ｑｒｅｑを算出する。

（ステップＳ１３）
ステップＳ１３においてＣＰＵは、ステップＳ２において算出された必要な加熱量Ｑｒｅｑを出力する際に消費電力が最小となる水冷媒熱交換器２２からの放熱量Ｑ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの分担率である電力最小分担率ｋを算出する。この電力最小分担率の算出方法は、前記第１実施形態におけるステップＳ３と同様である。

（ステップＳ１４）
ステップＳ１４においてＣＰＵは、電力制限中であるか否かを判定する。電力制限運転中であると判定された場合にはステップＳ１５に処理を移し、電力制限運転中であると判定されなかった場合にはステップＳ２４に処理を移す。

（ステップＳ１５）
ステップＳ１４において電力制限運転中であると判定された場合に、ステップＳ１５においてＣＰＵは、ステップＳ１３において算出された電力最小分担率による運転で必要な電力Ｗ＿ｒｅｑを算出する。

（ステップＳ１６）
ステップＳ１６においてＣＰＵは、ステップＳ１５において算出された電力Ｗ＿ｒｅｑが制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣより大きいか否かを判定する。電力Ｗ＿ｒｅｑが制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣより大きいと判定した場合にはステップＳ１７に処理を移し、電力Ｗ＿ｒｅｑが制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣより大きいと判定されなかった場合にはステップＳ２４に処理を移す。

（ステップＳ１７）
ステップ１６において必要な電力Ｗ＿ｒｅｑが制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣより大きいと判定した場合に、ステップＳ１７においてＣＰＵは、制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣで最大の加熱量となる圧縮機２１の消費電力Ｗ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の消費電力Ｗ＿ｈｔｒとの分担率である加熱量最大分担率ｋ´を算出する。この加熱量最大分担率ｋ´の算出方法については、後述する。

（ステップＳ１８）
ステップＳ１８においてＣＰＵは、ステップ１７において算出された加熱量最大分担率ｋ´に応じて圧縮機２１および水加熱ヒータ３２をそれぞれ運転する。
このとき、圧縮機２１の消費電力Ｗ＿ｈｐおよび水加熱ヒータ３２の消費電力Ｗ＿ｈｔｒは、制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣと加熱量最大分担率ｋ´（０≦ｋ´≦１）とから算出される（Ｗ＿ｈｐ＝ｋ´×Ｗｌｉｍ＿ＡＣ，Ｗ＿ｈｔｒ＝（１−ｋ´）×Ｗｌｉｍ＿ＡＣ）。

（ステップＳ１９）
ステップＳ１９においてＣＰＵは、ステップＳ１８において放熱量Ｑ＿ｈｐと放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの合計の放熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌにおいて目標吹出温度ＴＡＯを維持可能な室内送風機１２の風量を算出する。
具体的に説明すると、加熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌ、放熱器１５において加熱された後の空気の温度Ｔｃと放熱器１５において加熱される前の空気の温度（除湿暖房運転時における温度Ｔｅ、暖房運転時における温度ＴｉまたはＴｅ）との温度差ΔＴ（℃）、空気の比熱Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ・Ｋ＝Ｗ・ｓｅｃ／ｋｇ・ｋ）、密度ρ（ｋｇ／ｍ３）、放熱器１５において水と熱交換する空気の流量Ｇ（ｍ３／ｓｅｃ）が次式の関係を有する。
Ｑ＿ｔｏｔａｌ＝ΔＴ×Ｃｐ×ρ×Ｇ
したがって、電力制限運転中に加熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌが小さくなる場合には、空気の流量Ｇを減少させることで温度差ΔＴを維持することが可能となる。ステップ１９では、前記関係式において温度差ΔＴを維持可能な室内送風機１２の風量を算出している。

（ステップＳ２０）
ステップＳ２０においてＣＰＵは、ステップＳ１９において算出された風量に基づいて室内送風機１２を運転する。このとき、ステップＳ１９において算出された風量が、制御可能な最低風量より小さい風量である場合には室内送風機１２の風量を最低風量とし、電力制限中でないときの風量より大きい風量である場合には室内送風機１２の風量を電力制限中でないときの風量とする。

（ステップＳ２１）
ステップＳ２１においてＣＰＵは、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによって吹出口のモードがフットモードに設定する。

（ステップＳ２２）
ステップＳ２２においてＣＰＵは、エアミックスダンパ１６の開度を１００％とする。

（ステップＳ２３）
ステップＳ２３においてＣＰＵは、表示部５２に電力制限中であることを表示する。

（ステップＳ２４）
ステップＳ１４において電力制限中と判定されなかった場合、または、ステップＳ１６において、必要な電力が制限電力よりも小さい場合に、ステップＳ２４においてＣＰＵは、ステップＳ３において算出された電力最小分担率ｋに応じて圧縮機２１および水加熱ヒータ３２をそれぞれ運転し、放熱量制御処理を終了する。
ここでは、水冷媒熱交換器２２における冷媒の放熱量Ｑ＿ｈｐおよび水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒが、それぞれ必要な加熱量Ｑｒｅqと電力最小分担率ｋ（０≦ｋ≦１）とから算出される（Ｑ＿ｈｐ＝ｋ×Ｑｒｅq，Ｑ＿ｈｔｒ＝（１−ｋ）×Ｑｒｅq）。

ステップＳ１７における加熱量最大分担率ｋ´の算出方法について説明する。

加熱量最大分担率ｋ´は、圧縮機２１の消費電力Ｗ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の消費電力Ｗ＿ｈｔｒとの合計の消費電力が制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣを満たすことを前提に、水冷媒熱交換器２２の放熱量Ｑ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの合計の放熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌが最大となるときの水冷媒熱交換器２２と水加熱ヒータ３２の分担割合である。

加熱量最大分担率ｋ´は、制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣ、車室外の温度Ｔａｍ、目標吹出温度ＴＡＯに応じて変化する。加熱量最大分担率ｋ´は、制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣ、車室外の温度Ｔａｍ、目標吹出温度ＴＡＯの各条件と、加熱量最大分担率ｋ´との関係を示す図表から決定される。加熱量最大分担率ｋ´と各条件との関係を示す図表は、例えば実験やコンピュータによるシミュレーション等によって構成される。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、前記第１実施形態と同様に、必要な暖房の出力が最小の消費電力で得られるので、暖房または除湿暖房によって消費される電力を低減することで車両の走行可能距離を延長することが可能となる。

また、電力制限運転中に、制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣで最大の放熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌを得ることが可能な圧縮機２１の消費電力Ｗ＿ｈｐおよび水加熱ヒータ３２の消費電力Ｗ＿ｈｔｒの加熱量最大分担率ｋ´を算出し、算出結果に基づいて圧縮機２１および水加熱ヒータ３２をそれぞれ制御している。これにより、制限された電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣの範囲内で最大の放熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌが得られるので、電力制限運転中において車室内の温度および湿度の環境の悪化を防止することが可能となる。

また、電力制限運転中に室内送風機１２によって車室内に吹出す空気の温度が、電力制限運転中でない場合に送風機によって車室内に吹出す目標吹出温度ＴＡＯとなるように、室内送風機１２の風量を制御するようにしている。これにより、電力制限中となることによって吹出し温度が変化することを防止することができるので、車室内の搭乗者が吹出し温度の変化による違和感を覚えることはない。

また、ステップＳ１９において算出された室内送風機１２の風量が、制御可能な最低風量より小さい風量である場合には室内送風機１２の風量を最低風量とし、電力制限中でないときの風量より大きい風量である場合には室内送風機１２の風量を電力制限中でないときの風量としている。これにより、室内送風機１２の風量を所定の範囲内とすることができるので、室内送風機１２の非効率な運転や故障を防止することが可能となる。

また、電力制限中であることを表示部５２に表示するようにしている。これにより、車室内の搭乗者に対して電力制限中であることを周知することによって、故障等の不具合であるといった誤った判断がなされることを防止することができる。

尚、前記実施形態では、冷媒回路２０の放出する熱を、水冷媒熱交換器２２を介して水回路３０を流通する水に吸熱させるようにしたものを示したが、冷媒と熱交換する熱媒体としては水に限られず、エチレングリコール等が含まれる不凍液等、熱伝達が可能な流体が熱媒体として使用可能である。

また、前記実施形態では、冷媒回路２０において、冷媒流通路２０ｃ，２０ｄを切換えるために三方弁２５を用いたものを示したが、三方弁２５の代わりに２台の電磁弁の開閉によって冷媒流通路２０ｃ，２０ｄを切換えるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、電力制限中であることを表示部５２に表示するようにしたものを示したが、これに限られるものではなく、スピーカでの音声によって電力制限中であることを報知するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、冷媒回路２０の水冷媒熱交換器２２において放熱する冷媒と熱交換する水回路３０を流通する水を水加熱ヒータ３２によって加熱するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、水回路３０を有さず、冷媒回路２０の冷媒を直接空気流通路１１内において放熱させる室内放熱器を備えた車両用空気調和装置において、空気流通路１１内の空気を電熱ヒータで直接加熱するようにしても前記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、冷媒回路２０の冷媒を直接空気流通路１１内において放熱させる室内放熱器を備えた車両用空気調和装置において、電熱ヒータによって加熱された熱媒体が流通する熱媒体回路を冷媒回路２０と別途設け、電熱ヒータによって加熱された熱媒体を空気流通路１１内において放熱させるようにしても前記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

本実施形態において、ステップＳ３およびステップＳ１３の必要な加熱量Ｑｒｅｑを出力する際に消費電力が最小となる水冷媒熱交換器２２からの放熱量Ｑ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの分担率である電力最小分担率ｋを算出する処理が本発明の電力最小分担率算出手段に相当する。
また、本実施形態において、ステップＳ１７の制限電力Ｗｌｉｍ＿ＡＣで最大の加熱量となる圧縮機２１の消費電力Ｗ＿ｈｐと水加熱ヒータ３２の消費電力Ｗ＿ｈｔｒとの分担率である加熱量最大分担率ｋ´を算出する処理が本発明の能力最大分担率算出処理に相当する。
また、本実施形態において、ステップＳ１９の放熱量Ｑ＿ｈｐと放熱量Ｑ＿ｈｔｒとの合計の放熱量Ｑ＿ｔｏｔａｌにおいて目標吹出温度ＴＡＯを維持可能な室内送風機１２の風量を算出する処理が本発明の風量算出手段に相当する。
また、本実施形態において、ステップＳ２３の表示部５２に電力制限中であることを表示する処理が本発明の報知手段に相当する。

１０…空調ユニット、１４…吸熱器、１５…放熱器、２０…冷媒回路、２０ａ〜２０ｊ…冷媒流通路、２１…圧縮機、２２…水冷媒熱交換器、２３…室外熱交換器、２５…三方弁、２６ａ〜２６ｄ…第１〜第４電磁弁、２７ａ〜２７ｂ…第１〜第２逆止弁、２８ａ〜２８ｂ…第１〜第２膨張弁、３０…水回路、３２…水加熱ヒータ、４０…コントローラ、４１…外気温度センサ、４２…内気温度センサ、４３…吸気温度センサ、４４…冷却空気温度センサ、４５…加熱空気温度センサ、４６…内気湿度センサ、４７…冷媒温度センサ、４８…日射センサ、４９…速度センサ、５０…操作部、５１…圧力センサ、５２…表示部。

Claims (5)

1. 電力駆動の圧縮機、室内側熱交換器および室外側熱交換器を有する冷媒回路と、電力駆動のヒータとを備え、圧縮機の運転によって室内側熱交換器から放出される熱とヒータから放出される熱の一方または両方の熱によって車室内の暖房が可能な車両用空気調和装置において、
   必要な暖房の加熱量を得る際に、消費電力が最小となる圧縮機およびヒータの運転の分担率を算出する電力最小分担率算出手段と、
   電力最小分担率算出手段によって算出された算出結果に基づいて、圧縮機の回転数を制御するとともに、ヒータの放熱量を制御する制御手段と、を備え、
   電力最小分担率算出手段によって算出される分担率は、車室内に吹き出すべき空気の温度である目標吹出温度、車室内に吹き出す空気を目標吹出温度とするために必要な加熱量、車室外の温度に応じて変化する
   ことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 室内側熱交換器を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させ、室内側熱交換器において冷媒と熱交換した空気を車室内に吹出す送風機と、
   暖房用の電力の供給を所定の電力以下に制限する電力供給制限手段と、
   電力供給制限手段によって暖房用の電力の供給が制限されている場合に、供給される電力で最大の暖房の加熱量を得ることが可能な冷媒回路およびヒータの運転の分担率を算出する能力最大分担率算出手段と、
   能力最大分担率算出手段によって算出された算出結果に基づいて、圧縮機の回転数を制御するとともに、ヒータの放熱量を制御する制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和装置。
3. 電力供給制限手段によって電力の供給が制限されている場合に送風機によって車室内に吹出す空気の温度が、電力の供給が制限されていない場合に送風機によって車室内に吹出す空気の温度と同一となるように送風機の風量を算出する風量算出手段と、
   風量算出手段の算出結果に基づいて送風機の風量を制御する風量制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする請求項２記載の車両用空気調和装置。
4. 風量制御手段は、風量算出手段によって算出された風量が、制御可能な最低風量より小さい場合には送風機の風量を最低風量とし、電力供給制限手段によって電力の供給が制限されていないときの風量より大きい場合には送風機の風量を電力の供給が制限されていないときの風量とする
   ことを特徴とする請求項２または３記載の車両用空気調和装置。
5. 電力制限手段によって電力の供給が制限されている状態を報知する報知手段を備えた
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の車両用空気調和装置。

Images