JP6115373B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車室内を空調する車両用空調装置に関するもので、特にバス車両に用いて好適である。

エンジン冷却用の温水回路を持たない電気自動車で暖房を行うために、ヒートポンプサイクルを用いて、圧縮機の吐出冷媒により加熱された空調風を車室内に吹き出すことが考えられている。ところが、バス車両では空調装置は一般的に天井に配置されており、空調風（温風）は乗員の頭上から吹き出されるため、暖房時に快適な空調フィーリングを得ることが難しい。

これに対し、特許文献１では、圧縮機を採用したヒートポンプサイクルとヒータコアの熱源となる熱媒体を循環させる熱媒体循環回路とを設け、熱媒体熱交換器にて圧縮機の吐出冷媒の熱で熱媒体を加熱し、ヒータコアにて熱媒体の熱で空調風を加熱し、加熱された温風を床下から乗員の足元側へ吹出すことで、頭寒足熱型の車室内温度分布を実現して、暖房時の空調フィーリングの悪化防止を試みている。

特開２００８−６８９４号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、電気自動車など車両走行用のエンジンを搭載せず、必ずしも機器冷却用の熱媒体回路を必要としない車両においては、暖房のためだけに熱媒体回路を設ける必要がある。さらに、熱媒体熱交換器にて圧縮機の吐出冷媒と熱媒体とを熱交換する際に、室内熱交換器は全く使用されておらず、サイクル効率の向上を図ることができていない。

また、特許文献１のように、暖房運転時に冷媒から熱媒体へ熱伝達させ、熱媒体から車室内吹出空気へ熱伝達させる構成では、冷媒から車室内吹出空気へ直接熱伝達させる構成よりも熱媒体の介在による熱伝達効率の悪化が生じる。そのため、所望の暖房性能を得るための電動圧縮機の消費電力が増加してしまう。

本発明は上記点に鑑み、暖房運転時にフィーリングを悪化させることなく、消費電力を低減できる車両空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（１２）と、車室内を暖房する暖房運転時に室外空気から冷媒に吸熱させる室外熱交換器（１１）と、車両（１）の床部に配置され、前記暖房運転時に前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させる床下側室内熱交換器（１５）と、前記暖房運転時に前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第１減圧手段（１６）と、前記車両（１）の天井部に配置された天井側室内熱交換器（１７）と、前記暖房運転時に前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第２減圧手段（１８）と、前記第１減圧手段（１６）で前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記第２減圧手段（１８）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させない第１の暖房モードと、前記第１減圧手段（１６）で前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させず、前記第２減圧手段（１８）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させる第２の暖房モードとを切り替える暖房モード切替手段（３１）とを備え、前記第１の暖房モードでは、前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させ、前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記第１減圧手段（１６）で減圧膨張された冷媒に室外空気から吸熱させ、前記室外熱交換器（１１）にて前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒に室外空気から吸熱させ、前記第２の暖房モードでは、前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させ、前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒から乗員の頭上側に向かって吹き出される空気に放熱させ、前記室外熱交換器（１１）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張した冷媒に室外空気から吸熱させ、前記床部近傍の室内温度を検出する第１温度検出手段（３２ｂ）と、前記天井近傍の室内温度を検出する第２温度検出手段（３２ｃ）とを備え、前記暖房モード切替手段（３１）は、前記第１温度検出手段（３２ｂ）で検出した室内温度と前記第２温度検出手段（３２ｃ、Ｓ１１〜Ｓ１５）で検出した室内温度との温度差が予め設定された基準時間を超えて予め設定された基準値を上回った場合に、前記第１の暖房モードから前記第２の暖房モードに切り替えることを特徴としている。

これにより、第１の暖房モードでは、床下側室内熱交換器（１５）を凝縮器として用いることができ、床下側室内熱交換器（１５）にて加熱した温風を乗員の足下側に向かって吹き出すことで、頭寒足熱型の車室内温度分布を実現して、乗員の空調フィーリングを向上させることができる。
また、車室内に大きな温度分布が発生した場合に、床下側室内熱交換器（１５）および天井側室内熱交換器（１７）を凝縮器として用い、車両床部で主要暖房を行い、車両天井部で補助暖房を行う第２の暖房モードに切り替えることで、車室内の温度分布を小さくすることができる。第２の暖房モードでは、天井側室内熱交換器（１７）を凝縮器として用いているため、天井側室内熱交換器（１７）を有効に利用することができ、サイクルの効率向上を図ることができる。
また、請求項５に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（１２）と、車室内を暖房する暖房運転時に室外空気から冷媒に吸熱させる室外熱交換器（１１）と、車両（１）の床部に配置され、前記暖房運転時に前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させる床下側室内熱交換器（１５）と、前記暖房運転時に前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第１減圧手段（１６）と、前記車両（１）の天井部に配置された天井側室内熱交換器（１７）と、前記暖房運転時に前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第２減圧手段（１８）と、前記暖房運転と、前記車室内を冷房する冷房運転とを切り替える冷暖房切替手段（１３）を備え、前記冷房運転では、前記室外熱交換器（１１）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から室外空気へ放熱させ、前記第２減圧手段（１８）にて前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張された冷媒に乗員の頭上側に向かって吹き出される空気から吸熱させ、前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張された冷媒に乗員の床下側に向かって吹き出される空気から吸熱させ、冷媒を前記床下側室内熱交換器（１５）をバイパスさせるバイパス流路（１９）と、前記第２減圧手段（１８）で前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記第１減圧手段（１６）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させない第１の冷房モードと、前記第２減圧手段（１８）で前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記バイパス流路（１９）によって冷媒を前記床下側室内熱交換器（１５）をバイパスさせる第２の冷房モードとを切り替える冷房モード切替手段（３１）と、前記車両の室内温度を検出する内気温検出手段（３２ｂ、３２ｃ）とを備え、前記冷房モード切替手段（３１）は、前記内気温検出手段（３２ｂ、３２ｃ）で検出した室内温度が所定の基準温度になった場合に、前記第１の冷房モードから前記第２の冷房モードに切り替えることを特徴としている。
これにより、第１の冷房モードでは、車両天井部付近からの冷風の吹き出しに加えて、車両床部付近からも補助的に冷風を吹き出すことができ、冷房運転開始時のような急速にクールダウンが必要な状況で有効である。また、車室内の温度分布を小さくなった場合には、第２の冷房モードに切り替えることで、車両天井部付近のみから冷風を吹き出すことができる。

また、本発明の構成によれば、冷媒から車室内吹出空気へ直接熱伝達させることができるので、冷媒から熱媒体を介して車室内吹出空気へ熱伝達させる場合に対して、熱伝達効率を上昇させることができる。その結果、電動圧縮機（１２）の消費電力を低減できるとともに、暖房運転開始時の即効性を向上させることもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

車両用空調装置の搭載状態を説明する概観斜視図である。 車両用空調装置の全体構成図である。 空調制御装置の信号の入出力を示すブロック図である。 （ａ）は通常暖房モード時の冷媒流れを説明する説明図であり、（ｂ）は全体暖房モード時の冷媒流れを説明する説明図である。 （ａ）は通常暖房モード時の空調風の流れを説明する説明図であり、（ｂ）は全体暖房モード時の空調風の流れを説明する説明図である。 暖房運転制御を示すフローチャートである。 （ａ）は全体冷房モード時の冷媒流れを説明する説明図であり、（ｂ）は通常冷房モード時の冷媒流れを説明する説明図である。 （ａ）は全体冷房モード時の空調風の流れを説明する説明図であり、（ｂ）は通常冷房モード時の空調風の流れを説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用空調装置はバス車両１０に搭載されている。このバス車両１は、バッテリ（図示せず）に蓄えられた電力が供給されることによって駆動する走行用モータ（図示せず）にて走行する電気自動車として構成されている。

バッテリは、走行用モータのみならず、後述する車両用空調装置の電動圧縮機１２のような車両用の各種電気機器にも電源を供給する。また、バッテリとして、充放電可能な二次電池（例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池）を採用し、充電された電力を走行用モータ等に供給しているが、もちろん、水素と酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池を採用して、燃料電池で発電された電力を供給するようにしてもよい。

図１に示すように、バス車両１の車両前方部の屋根２の上部には室外熱交換器１１、電動圧縮機１２が配置される。本実施形態では、２つの室内熱交換器１５、１７が設けられており、床下側室内熱交換器１５がバス車両１の車両中央部の床３の下部に配置され、天井側室内熱交換器１７がバス車両１の車両前方部の屋根２の上部に配置される。本実施形態では、車両前方部の屋根２の上部において、前方側から室外熱交換器１１、電動圧縮機１２、天井側室内熱交換器１７の順に配置される。

図２の全体構成図に示すように、車両用空調装置は、主に室外熱交換器１１、電動圧縮機１２および室内熱交換器１５、１７を備えており、これらを冷媒流路１０を介して環状に接続することによって構成されている。なお、本実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用し、冷凍サイクルの高圧側圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界サイクルを構成している。

室外熱交換器１１には、室外側電動送風機（図示せず）が設けられている。室外熱交換器１１は、その内部を流通する冷媒と室外側電動送風機によって送風された室外空気（外気）とを熱交換させるものであり、暖房運転時は蒸発器として機能し、冷房運転時は凝縮器として機能する。

次に、電動圧縮機１２は、固定容量型の圧縮機構部１２ａおよび電動モータ１２ｂを有しており、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）において吸入した冷媒を圧縮して吐出する。本実施形態では、圧縮機構部１２ａとして周知のスクロール型の圧縮機構を採用しているが、ロータリ型、ピストン型、ベーン型等のその他の形式の圧縮機構を採用してもよい。

また、電動モータ１２ｂは、圧縮機構部１２ａに駆動力を与えるもので、後述する空調制御装置３１を介してバッテリ（図示せず）から電源供給されるとともに、空調制御装置３１の制御信号によって回転数制御される。この回転数制御により、電動圧縮機１２の冷媒吐出能力が調整される。

電動圧縮機１２の冷媒吐出口には、電気式四方弁１３が接続される。電気式四方弁１３は、冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段を構成するもので、具体的には、電動圧縮機１２吐出口側と室外熱交換器１１側との間を接続する冷房用冷媒流路と、電動圧縮機１２吐出口側と室内熱交換器１５、１７側との間を接続する暖房用冷媒流路とを切り替える。図２に示す電気式四方弁１３では、実線が暖房用冷媒流路に切り替えられた状態を示し、破線が冷房用冷媒流路に切り替えられた状態を示している。

そして、電気式四方弁１３が、上記の如く、冷媒流路を切り替えることによって、後述する暖房運転と冷房運転における冷媒流路が切り替えられる。従って、電気式四方弁１３は、本実施形態における冷暖房切替手段である。この電気式四方弁１３も後述する空調制御装置３１の出力信号によって制御される。

また、電動圧縮機１２の冷媒吸入口には、アキュムレータ１４が接続される。アキュムレータ１４は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯めておく気液分離器である。より具体的には、電動圧縮機１２の冷媒吸入口は、アキュムレータ１４の気相冷媒出口に接続されており、これにより、電動圧縮機１２への液相冷媒戻りが防止される。

次に、室内熱交換器１５、１７は、その内部を流通する冷媒と室内側電動送風機（図示せず）によって車室内へ送風される空気とを熱交換させるものである。送風空気が通過する空気通路（図示せず）の送風空気流れ最上流側には、空気通路内へ内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替装置（図示せず）が設けられている。また、本実施形態の室内熱交換器１５、１７には、車両床下に配置される床下側室内熱交換器１５と、車両天井に配置される天井側室内熱交換器１７が設けられている。冷媒流路１０上においては、電動圧縮機１２に近い側に床下側室内熱交換器１５が設けられ、室外熱交換器１１に近い側に天井側室内熱交換器１７が設けられている。また、床下側室内熱交換器１５と、車両天井に配置された電動圧縮機１２および天井側室内熱交換器１７とを接続する冷媒流路１０は、バス車両壁部の内部に収容されている。

床下側室内熱交換器１５の空気流れ方向下流側には、車両床上部の左右両側に配置された床上吹出ダクト（図示せず）が接続されており、床下側室内熱交換器１５にて熱交換した空気は、床上吹出ダクトに設けられた空気吹出口から乗員の足下側に向かって吹き出されるようになっている。

天井側室内熱交換器１７の空気流れ方向下流側には、車両天井部の左右両側に配置された天井吹出ダクト５（図５参照）が接続されており、天井側室内熱交換器１７にて熱交換した空気は、天井吹出ダクト５に設けられた天井吹出口（図示せず）から乗員の頭上側に向かって吹き出されるようになっている。また、天井吹出口を閉鎖すると、天井側室内熱交換器１７にて熱交換した空気は、車両外部に排出される。

冷媒流路１０において、床下側室内熱交換器１５と天井側室内熱交換器１７の間には、第１絞り装置１６が設けられており、天井側室内熱交換器１７と室外熱交換器１１の間には第２絞り装置１８が設けられている。これらの絞り装置１６、１８は同様の構造となっており、冷媒を減圧膨張させる膨張弁１６ａ、１８ａを備えている。本実施形態では、膨張弁１６ａ、１８ａとして、冷媒圧力が目標高圧となるように弁機構の開度を調整する周知の機械式膨張弁を採用している。また、絞り装置１６、１８は、冷媒を膨張弁１６ａ、１８ａをバイパスさせるバイパス流路１６ｂ、１８ｂと、バイパス流路１６ｂ、１８ｂに設けられたバイパス弁１６ｃ、１８ｃを備えている。バイパス弁１６ｃ、１８ｃを閉鎖することで、冷媒が膨張弁１６ａ、１８ａに流れて減圧膨張され、バイパス弁１６ｃ、１８ｃを開放することで、冷媒がバイパス流路１６ｂ、１８ｂに流れる。

冷媒流路１０には、冷媒を床下側室内熱交換器１５および第１絞り装置１６をバイパスさせるためのバイパス流路１９が設けられている。バイパス流路１９には、バイパス弁２０が設けられている。バイパス弁２０を閉鎖すると、冷媒は床下側室内熱交換器１５および第１絞り装置１６を流れ、バイパス弁２０を開放すると、冷媒は床下側室内熱交換器１５および第１絞り装置１６をバイパスしてバイパス流路１９を流れる。

次に、図３に基づいて本実施形態の電子制御部の概要を説明すると、空調制御装置３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置３１は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算処理を行って、上記した各種の電気機器１２、１３、１６ａ、１８ｃ、２０等の作動を制御する。

空調制御装置３１には、センサ群３２からの検出信号、および操作パネル３３からの各種操作信号が入力される。センサ群３２として具体的には、外気温（車室外温度）を検出する外気温センサ３２ａ、内気温（車室内温度）を検出する内気温センサ３２ｂ、３２ｃ等が設けられる。本実施形態の内気温センサ３２ｂ、３２ｃには、車両床部付近（車室内上部）の内気温を検出する第１内気温センサ３２ｂと、車両天井部付近（車室内下部）の内気温を検出する第２内気温センサ３２ｃとが設けられている。

また、操作パネル３３には、車両用空調装置を作動させる作動スイッチ３３ａ、冷房運転と暖房運転と切り替える冷暖房切替スイッチ３３ｂ、空調対象空間である車室内の目標温度（設定温度）を設定する温度設定スイッチ３３ｃ等が設けられる。

次に、上述の構成を備える車両用空調装置の作動について説明する。まず、車室内の暖房を行う暖房運転について図４〜図６に基づいて説明する。

まず、作動スイッチ３３ａが投入されると、空調制御装置３１が、電動圧縮機１２の電動モータ１２ｂに電力を供給して電動圧縮機１２を作動させる。作動スイッチ３３ａが投入された状態で、冷暖房切替スイッチ３３ｂが暖房運転側に切り替えられると暖房運転が開始する。暖房運転では、空調制御装置３１が、電気式四方弁１３を電動圧縮機１２吐出口側と室内交換器１５、１７側との間を接続する暖房用冷媒流路に切り替える。

本実施形態の暖房運転には、通常暖房モードと全体暖房モードとが存在している。通常暖房モードは、車両床部付近のみから温風を吹き出す足下暖房優先モードであり、全体暖房モードは、車両床部付近からの温風の吹き出しに加えて、車両天井部付近からも補助的に温風を吹き出す温度分布均一化モードである。本実施形態では、暖房運転開始時には通常暖房モードが選択され、所定の暖房モード切替条件が成立することで、通常暖房モードから全体暖房モードに切り替えられる。本実施形態の暖房モード切替条件は、車室内に大きな温度分布が継続して発生した場合に成立する。

まず、通常暖房モードを図４（ａ）、図５（ａ）に基づいて説明する。通常暖房モードでは、空調制御装置３１が、第１バイパス弁１６ｃを閉鎖し、第２バイパス弁１８ｃを開放し、バイパス弁２０を閉鎖する。通常暖房モードでは、図４（ａ）に示すように、電動圧縮機１２から吐出された冷媒は、床下側室内熱交換器１５→第１膨張弁１６ａ→天井側室内熱交換器１７→第２バイパス流路１８ｂ→室外熱交換器１１→アキュムレータ１４→電動圧縮機１２の順に循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。

通常暖房モードでは、床下側室内熱交換器１５には電動圧縮機１２から吐出された高温高圧冷媒が流入するため、床下側室内熱交換器１５は凝縮器として機能し、冷媒の熱を車室内へ送風される空気に放熱させる。そして、天井側室内熱交換器１７には第１膨張弁１６ａにて減圧膨張された低圧冷媒が流入し、天井側室内熱交換器１７から流出した冷媒は第２バイパス流路１８ｂを通過して室外熱交換器１１に流入するため、天井側室内熱交換器１７および室外熱交換器１１では冷媒圧力が同一となる。このため、天井側室内熱交換器１７および室外熱交換器１１は蒸発器として機能し、外気の熱を冷媒に吸熱させる。

図５（ａ）に示すように、通常暖房モードでは、床下側室内熱交換器１５では高温冷媒と室内に供給される空気とが熱交換され、床下側室内熱交換器１５にて加熱された空気（温風）が車両床部から乗員の足下に吹き出される。また、天井側室内熱交換器１７および室外熱交換器１１では冷媒と外気とが熱交換され、外気の熱が冷媒に吸熱される。

また、図５（ａ）に示すように、通常暖房モードでは、外気導入口４から導入され天井側室内熱交換器１７にて冷媒と熱交換された外気は、天井吹出ダクト５を通過して車両後方側の排出口６から車外に排出される。天井吹出ダクト５に設けられた天井吹出口（図示せず）を閉鎖することで、天井側室内熱交換器１７にて冷媒と熱交換された外気を車両後方側の排出口６から車外に排出させることができる。

次に、全体暖房モードを図４（ｂ）、図５（ｂ）に基づいて説明する。全体暖房モードでは、空調制御装置３１が、第１バイパス弁１６ｃを開放し、第２バイパス弁１８ｃを閉鎖し、バイパス弁２０を閉鎖する。全体暖房モードでは、図４（ｂ）に示すように、電動圧縮機１２から吐出された冷媒は、床下側室内熱交換器１５→第１バイパス流路１６ｂ→天井側室内熱交換器１７→第２膨張弁１８ａ→室外熱交換器１１→アキュムレータ１４→電動圧縮機１２の順に循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。

全体暖房モードでは、床下側室内熱交換器１５を流出した冷媒は第１バイパス流路１６ｂを通過して天井側室内熱交換器１７に流入するため、床下側室内熱交換器１５と天井側室内熱交換器１７とでは冷媒圧力が同一となる。このため、全体暖房モードでは、床下側室内熱交換器１５および天井側室内熱交換器１７は凝縮器として機能し、冷媒の熱を車室内へ送風される空気に放熱させる。そして、室外熱交換器１１には第２膨張弁１８ａにて減圧膨張された低圧冷媒が流入するため、室外熱交換器１１は蒸発器として機能し、外気の熱を冷媒に吸熱させる。

図５（ｂ）に示すように、全体暖房モードでは、床下側室内熱交換器１５にて高温冷媒と室内に供給される空気とが熱交換され、床下側室内熱交換器１５にて加熱された空気（温風）が車両床部から乗員の足下に吹き出される。また、天井側室内熱交換器１７では高温冷媒と室内に供給される空気とが熱交換される。全体暖房モードでは、天井吹出ダクト５に設けられた天井吹出口（図示せず）は開放状態となっており、天井側室内熱交換器１７にて冷媒と熱交換された空気は、天井吹出ダクト５に設けられた天井吹出口（図示せず）から乗員の頭上に吹き出される。ここで、床下側室内熱交換器１５にて加熱されて車両床部から乗員の足下に吹き出される温風は主要暖房として位置付けられ、天井側室内熱交換器１７にて加熱されて車両床部から乗員の足下に吹き出される温風は補助暖房として位置付けられる。

次に、本実施形態の車両用空調装置の暖房運転のモード切替を図６のフローチャートに基づいて説明する。

まず、暖房運転の開始に伴って、第１バイパス弁１６ｃを閉鎖し、第２バイパス弁１８ｃを開放し、バイパス弁２０を閉鎖することで、通常暖房モードにする（Ｓ１１）。そして、運転モード切替を判断するためのタイマを作動開始させる（Ｓ１２）。

次に、第１内気温センサ３２ｂで検出した車両床部付近の内気温と、第２内気温センサ３２ｃで検出した車両天井部付近の内気温との温度差が基準値を上回っているか否かを判定する（Ｓ１３）。基準値は、通常暖房モードと全体暖房モードとを切り替える基準となる温度差である。基準値は任意に設定できるが、本実施形態では１０℃としている。

Ｓ１３の判定処理の結果、温度差が基準値を上回っていないと判定された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１３の判定処理を繰り返し実行する。一方、温度差が基準値を上回っていると判定された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ１２で作動開始させたタイマに基づいて、Ｓ１３の判定処理を開始してから基準時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１４）。基準時間は、通常暖房モードと全体暖房モードとを切り替える基準となる時間である。基準時間は任意に設定できるが、本実施形態では３０分としている。

Ｓ１４の判定処理の結果、基準時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１３およびＳ１４の判定処理を繰り返し実行する。一方、基準時間が経過したと判定された場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、第１バイパス弁１６ｃを開放し、第２バイパス弁１８ｃを閉鎖することで、暖房運転を全体暖房モードに切り替える（Ｓ１５）。これにより、車両床部付近と車両天井部付近との温度差が基準値（本実施形態では１０℃）を上回っている状態が基準時間（本実施形態では３０分）以上継続した場合に、暖房モード切替条件が成立したとして、通常暖房モードを全体暖房モードに切り替えることができる。

次に、第１内気温センサ３２ｂで検出した車両床部付近の内気温と、第２内気温センサ３２ｃで検出した車両天井部付近の内気温との温度差が基準値を上回っているか否かを判定する（Ｓ１６）。この結果、温度差が基準値を上回っていないと判定された場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１６の判定処理を繰り返し実行する。一方、温度差が基準値を上回っていると判定された場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、タイマをリセットし（Ｓ１７）、Ｓ１１の処理に戻る。

次に、車室内の冷房を行う冷房運転について図７、図８に基づいて説明する。冷房運転は、作動スイッチ３３ａが投入された状態で、冷暖房切替スイッチ３３ｂが冷房運転側に切り替えられると開始する。冷暖房切替スイッチ３３ｂが冷房運転側に切り替えられると、空調制御装置３１が、電気式四方弁１３を電動圧縮機１２吐出口側と室外熱交換器１１側との間を接続する冷房用冷媒流路に切り替える。

本実施形態の冷房運転には、全体冷房モードと通常冷房モードとが存在している。全体冷房モードは、車両天井部付近からの冷風の吹き出しに加えて、車両床部付近からも補助的に冷風を吹き出すモードであり、通常冷房モードは、車両天井部付近のみから冷風を吹き出すモードである。本実施形態では、冷房運転開始時には全体冷房モードが選択され、所定の冷房モード切替条件が成立することで、全体冷房モードから通常冷房モードに切り替えられる。

本実施形態の冷房モード切替条件は、内気温センサ３２ｂ、３２ｃで検出した内気温が所定の基準温度になった場合に成立する。本実施形態では、基準温度を温度設定スイッチ３３ｃによって設定した目標温度（設定温度）としている。基準温度は、目標温度（設定温度）に若干の幅（例えば＋２℃程度）を持たせた温度として設定すればよい。これにより、冷房運転開始後、内気温が目標温度付近まで低下することで、全体冷房モードから通常冷房モードに切り替わる。

まず、全体冷房モードを図７（ａ）、図８（ａ）に基づいて説明する。全体冷房モードでは、空調制御装置３１が、第２バイパス弁１８ｃを閉鎖し、第１バイパス弁１６ｃを開放し、バイパス弁２０を閉鎖する。全体冷房モードでは、図７（ａ）に示すように、電動圧縮機１２から吐出された冷媒は、室外熱交換器１１→第２膨張弁１８ａ→天井側室内熱交換器１７→第１バイパス流路１６ｂ→床下側室内熱交換器１５→アキュムレータ１４→電動圧縮機１２の順に循環する冷凍サイクルを構成している。

全体冷房モードでは、室外熱交換器１１には電動圧縮機１２から吐出された高温高圧冷媒が流入するため、室外熱交換器１１は凝縮器として機能し、冷媒の熱を外気に放熱させる。そして、天井側室内熱交換器１７には第２膨張弁１８ａにて減圧膨張された低圧冷媒が流入し、天井側室内熱交換器１７から流出した冷媒は第１バイパス流路１６ｂを通過して床下側室内熱交換器１５に流入するため、天井側室内熱交換器１７および床下側室内熱交換器１５では冷媒圧力が同一となる。このため、天井側室内熱交換器１７および床下側室内熱交換器１５は蒸発器として機能し、車室内へ送風される空気の熱を冷媒に吸熱させる。

図８（ａ）に示すように、全体冷房モードでは、天井側室内熱交換器１７にて冷媒と室内に供給される空気とが熱交換され、天井側室内熱交換器１７にて冷却された空気（冷風）が車両天井部から乗員の頭上に吹き出される。同様に、床下側室内熱交換器１５にて冷媒と室内に供給される空気とが熱交換され、床下側室内熱交換器１５にて冷却された空気（冷風）が車両床部から乗員の足下に吹き出される。ここで、天井側室内熱交換器１７にて冷却されて車両天井部から乗員の頭上に吹き出される冷風は主要冷房として位置付けられ、床下側室内熱交換器１５にて冷却されて車両天井得部から乗員の頭上に吹き出される冷風は補助冷房として位置付けられる。

次に、通常冷房モードを図７（ｂ）、図８（ｂ）に基づいて説明する。通常冷房モードでは、空調制御装置３１が、第２バイパス弁１８ｃを閉鎖し、バイパス弁２０を開放する。通常冷房モードでは、図７（ｂ）に示すように、電動圧縮機１２から吐出された冷媒は、室外熱交換器１１→第２膨張弁１８ａ→天井側室内熱交換器１７→バイパス流路１９→アキュムレータ１４→電動圧縮機１２の順に循環する冷凍サイクルを構成している。

通常冷房モードでは、室外熱交換器１１には電動圧縮機１２から吐出された高温高圧冷媒が流入するため、室外熱交換器１１は凝縮器として機能し、冷媒の熱を外気に放熱させる。そして、天井側室内熱交換器１７には第２膨張弁１８ａにて減圧膨張された低圧冷媒が流入するため、天井側室内熱交換器１７は蒸発器として機能し、車室内へ送風される空気の熱を冷媒に吸熱させる。天井側室内熱交換器１７から流出した冷媒はバイパス流路１９を通過してアキュムレータ１４に流入する。このため、通常冷房モードでは、床下側室内熱交換器１５に冷媒が流入せず、床下側室内熱交換器１５では冷媒と車室内へ送風される空気との熱交換が行われない。

図８（ｂ）に示すように、通常冷房モードでは、天井側室内熱交換器１７にて冷媒と室内に供給される空気とが熱交換され、天井側室内熱交換器１７にて冷却された空気（冷風）が車両天井部から乗員の頭上に吹き出される。また、通常冷房モードでは、車両床部からの冷風の吹き出しは行われない。

以上説明した本実施形態の車両用空調装置では、床下側室内熱交換器１５および天井側室内熱交換器１７を設けている。そして、通常暖房モードでは、床下側室内熱交換器１５を凝縮器として用い、床下側室内熱交換器１５にて加熱した温風を乗員の足下側に向かって吹き出すように構成しているので、頭寒足熱型の車室内温度分布を実現して、乗員の空調フィーリングを向上させることができる。この通常暖房モードでは、天井側室内熱交換器１７を蒸発器として用いているため、天井側室内熱交換器１７を有効に利用することができ、サイクルの効率向上を図ることができる。

また、車両床部のみから温風を吹き出す通常暖房モードでは、天井側室内熱交換器１７を蒸発器として用いることで暖房能力が最大となるが、車両床部付近の方が車両天井部付近よりも早期に温度上昇し、車室内に大きな温度分布が発生する可能性がある。これに対し、本実施形態では、車室内に大きな温度分布が発生した場合に、床下側室内熱交換器１５および天井側室内熱交換器１７を凝縮器として用い、車両床部で主要暖房を行い、車両天井部で補助暖房を行う全体暖房モードに切り替えることで、車室内の温度分布を小さくするように構成している。この全体暖房モードでは、天井側室内熱交換器１７を凝縮器として用いているため、天井側室内熱交換器１７を有効に利用することができ、サイクルの効率向上を図ることができる。

また、本実施形態の構成によれば、冷媒から車室内吹出空気へ直接熱伝達させることができるので、冷媒から熱媒体を介して車室内吹出空気へ熱伝達させる場合に対して、熱伝達効率を上昇させることができる。その結果、電動圧縮機１２の消費電力を低減できるとともに、暖房運転開始時の即効性を向上させることもできる。

また、本実施形態では、冷房運転において、床下側室内熱交換器１５および天井側室内熱交換器１７を蒸発器として用い、車両天井部で主要冷房を行い、車両床部で補助冷房を行う全体冷房モードを設けている。この全体冷房モードは、冷房運転開始時のような急速にクールダウンが必要な状況で有効である。さらに、通常冷房モードでの冷房運転で車室内の温度分布を大きくなった場合にも、全体冷房モードに切り替えることで、車室内の温度分布を小さくすることができる。全体冷房モードでは、床下側室内熱交換器１５を蒸発器として用いているため、床下側室内熱交換器１５を有効に利用することができ、サイクルの効率向上を図ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

例えば、上述の実施形態では、本発明の車両用空調装置を電気自動車（燃料電池車両を含む）に適用した例を説明したが、内燃機関であるエンジンと走行用モータの２つの走行用動力源を有するハイブリッド車両に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、本発明の車両用空調装置をバス車両に適用しているが、天井側室内熱交換器１７が車両天井部に配置され、床下側室内熱交換器１５が車両床部に配置される車両であれば、バス車両に限定されず、ワゴン車、ミニバン等に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、冷暖房切替手段を１個の四方弁１３から構成しているが、これに限らず、三方弁を組み合わせて冷暖房切替手段を構成してもよい
また、上述の実施形態では、通常運転モード時に天井側室内熱交換器１５を蒸発器として使用する際に、冷媒と熱交換した外気は天井吹出ダクト５を介して車両後方の排出口６から排出させるように構成したが、外気の排出口は車両後方以外の部位に設けてもよい。

また、上述の実施形態では、絞り装置１６、１８をバイパス流路を備えた膨張弁として構成しているが、これに限らず、全開機能つきの電子膨張弁を用いてもよい。

１１ 室外熱交換器
１２ 圧縮機
１５ 床下側室内熱交換器
１６ 第１絞り装置（第１減圧手段）
１７ 天井側室内熱交換器
１８ 第２絞り装置（第２減圧手段）
１９ バイパス流路
２０ バイパス弁

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（１２）と、
   車室内を暖房する暖房運転時に室外空気から冷媒に吸熱させる室外熱交換器（１１）と、
   車両（１）の床部に配置され、前記暖房運転時に前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させる床下側室内熱交換器（１５）と、
   前記暖房運転時に前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第１減圧手段（１６）と、
   前記車両（１）の天井部に配置された天井側室内熱交換器（１７）と、
   前記暖房運転時に前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第２減圧手段（１８）と、
   前記第１減圧手段（１６）で前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記第２減圧手段（１８）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させない第１の暖房モードと、前記第１減圧手段（１６）で前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させず、前記第２減圧手段（１８）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させる第２の暖房モードとを切り替える暖房モード切替手段（３１）とを備え、
   前記第１の暖房モードでは、前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させ、前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記第１減圧手段（１６）で減圧膨張された冷媒に室外空気から吸熱させ、前記室外熱交換器（１１）にて前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒に室外空気から吸熱させ、
   前記第２の暖房モードでは、前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させ、前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒から乗員の頭上側に向かって吹き出される空気に放熱させ、前記室外熱交換器（１１）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張した冷媒に室外空気から吸熱させ、
   前記床部近傍の室内温度を検出する第１温度検出手段（３２ｂ）と、
   前記天井近傍の室内温度を検出する第２温度検出手段（３２ｃ）とを備え、
   前記暖房モード切替手段（３１）は、前記第１温度検出手段（３２ｂ）で検出した室内温度と前記第２温度検出手段（３２ｃ、Ｓ１１〜Ｓ１５）で検出した室内温度との温度差が予め設定された基準時間を超えて予め設定された基準値を上回った場合に、前記第１の暖房モードから前記第２の暖房モードに切り替えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記暖房運転と、前記車室内を冷房する冷房運転とを切り替える冷暖房切替手段（１３）を備え、
   前記冷房運転では、
   前記室外熱交換器（１１）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から室外空気へ放熱させ、
   前記第２減圧手段（１８）にて前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、
   前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張された冷媒に乗員の頭上側に向かって吹き出される空気から吸熱させ、
   前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張された冷媒に乗員の床下側に向かって吹き出される空気から吸熱させることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 冷媒を前記床下側室内熱交換器（１５）をバイパスさせるバイパス流路（１９）と、
   前記第２減圧手段（１８）で前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記第１減圧手段（１６）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させない第１の冷房モードと、前記第２減圧手段（１８）で前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記バイパス流路（１９）によって冷媒を前記床下側室内熱交換器（１５）をバイパスさせる第２の冷房モードとを切り替える冷房モード切替手段（３１）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記車両の室内温度を検出する内気温検出手段（３２ｂ、３２ｃ）を備え、
   前記冷房モード切替手段（３１）は、前記内気温検出手段（３２ｂ、３２ｃ）で検出した室内温度が所定の基準温度になった場合に、前記第１の冷房モードから前記第２の冷房モードに切り替えることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
5. 冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（１２）と、
   車室内を暖房する暖房運転時に室外空気から冷媒に吸熱させる室外熱交換器（１１）と、
   車両（１）の床部に配置され、前記暖房運転時に前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から乗員の足下側に向かって吹き出される空気へ放熱させる床下側室内熱交換器（１５）と、
   前記暖房運転時に前記床下側室内熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第１減圧手段（１６）と、
   前記車両（１）の天井部に配置された天井側室内熱交換器（１７）と、
   前記暖房運転時に前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させることが可能な第２減圧手段（１８）と、
   前記暖房運転と、前記車室内を冷房する冷房運転とを切り替える冷暖房切替手段（１３）を備え、
   前記冷房運転では、
   前記室外熱交換器（１１）にて前記電動圧縮機（１２）の吐出冷媒から室外空気へ放熱させ、
   前記第２減圧手段（１８）にて前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、
   前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張された冷媒に乗員の頭上側に向かって吹き出される空気から吸熱させ、
   前記床下側室内熱交換器（１５）にて前記第２減圧手段（１８）で減圧膨張された冷媒に乗員の床下側に向かって吹き出される空気から吸熱させ、
   冷媒を前記床下側室内熱交換器（１５）をバイパスさせるバイパス流路（１９）と、
   前記第２減圧手段（１８）で前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記第１減圧手段（１６）で前記天井側室内熱交換器（１７）から流出した冷媒を減圧膨張させない第１の冷房モードと、前記第２減圧手段（１８）で前記室外熱交換器（１１）から流出した冷媒を減圧膨張させ、前記バイパス流路（１９）によって冷媒を前記床下側室内熱交換器（１５）をバイパスさせる第２の冷房モードとを切り替える冷房モード切替手段（３１）と、
   前記車両の室内温度を検出する内気温検出手段（３２ｂ、３２ｃ）とを備え、
   前記冷房モード切替手段（３１）は、前記内気温検出手段（３２ｂ、３２ｃ）で検出した室内温度が所定の基準温度になった場合に、前記第１の冷房モードから前記第２の冷房モードに切り替えることを特徴とする車両用空調装置。
6. 前記天井側室内熱交換器（１７）に室外空気を導入する外気導入口（４）と、
   前記天井側室内熱交換器（１７）で冷媒と熱交換された空気を前記車両（１）の外部に排出するための排出口（６）を備え、
   前記第１の暖房モードでは、前記天井側室内熱交換器（１７）にて前記第１減圧手段（１６）で減圧膨張された冷媒に前記外気導入口（４）から導入された室外空気から吸熱させ、この室外空気を前記排出口（６）から排出させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。

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