JP6241663B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置に関する。

従来の車両用の暖房装置としては、高温になったエンジン冷却液を利用して車室内を暖房する温水式ヒータが多く採用されている。特許文献１には、既存の温水式ヒータを基本としつつ、ヒートポンプを利用して、温水式ヒータの冷却液を加熱する構成を付加することで、既存のものより暖房性能を向上することのできる車両用の空調装置が開示されている。特許文献１の車両用空調装置は、エンジンを冷却する冷却液が、コンデンサ、ヒーターコア、エバポレータをこの順で直列に経由し、再びエンジンへ導入される構成である。特許文献１の車両用空調装置は、コンデンサにおいて、コンプレッサから吐出された冷媒でエンジン冷却液をさらに加熱することで暖房性能を向上させている。

特開平１０−０７６８３７号公報

冷却液のサイクルを性能良く駆動させるためには、コンデンサとエバポレータとで適正な水流量が異なっている。例えば、エンジン温度が低く、冷却液の水温も低い場合における暖房運転時には、コンデンサでの水流量を少なくすれば、コンデンサでの冷却液の加熱を十分に行うことができるため、冷却液の水温を上昇させることができる。

一方、エバポレータでの水流量が少なくなると、エバポレータでの冷媒の蒸発が正常に機能せず、冷媒の圧力バランスが低下し、暖房性能が低下してしまうおそれがある。

本発明の目的は、水冷媒凝縮器と水冷媒蒸発器とを適正な水流量に調整し、暖房性能を向上できる車両用空調装置を提供することである。

本発明の一態様に係る車両用空調装置は、低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒交換器と、冷媒を圧縮するコンプレッサが吐出した高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器であって、車室内への送風を加熱するヒーターコアへ加熱された冷却液を送る前記第２水冷媒熱交換器と、車両の発熱部品の冷却部から前記第２水冷媒熱交換器へ向かう冷却液の通路の途中から分岐して前記第１水冷媒熱交換器の上流の冷却液の通路へ連通可能な第１バイパス通路と、前記ヒーターコアから前記第１水冷媒熱交換器へ向かう冷却液の通路の途中から分岐して前記第１水冷媒熱交換器の下流の冷却液の通路へ連通可能な第２バイパス通路と、を備え、前記第１バイパス通路の途中から下流端までと、前記第２バイパス通路の途中から上流端までとが、共通化されている。

本発明によれば、水冷媒凝縮器と水冷媒蒸発器とを適正な水流量に調整し、暖房性能を向上できる。

本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の構成を示す図 実施の形態のヒートポンプ暖房制御部の動作を説明するフローチャート 実施の形態の冷媒圧力に応じたバイパス経路の状態遷移を示す図 実施の形態のヒートポンプ暖房制御部の制御例を示す図 実施の形態のヒートポンプ暖房制御部の制御例を示す図 実施の形態の水温に応じたバイパス経路の状態遷移を示す図 本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の構成の変形例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の構成を示す図である。

本発明の実施の形態の車両用空調装置１は、発熱部品としてのエンジン（内燃機関）を有する車両に搭載されて、車室内の空気調整を行う装置である。

実施の形態の車両用空調装置１は、構成ユニット１０、コンプレッサ（圧縮機）３８、エンジン冷却部４０、ヒーターコア４４、エバポレータ４８、膨張弁３７、室外コンデンサ３９、逆止弁１５、および、これらの間を結ぶ冷却液の配管および冷媒配管等を具備する。ヒーターコア４４と、エバポレータ４８とは、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）７０の吸気通路内に配置される。ＨＶＡＣ７０には、吸気を流すファンＦ１が設けられている。

コンプレッサ３８は、エンジンの動力または電気により駆動して、吸入した冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。圧縮された冷媒は、構成ユニット１０へ送られる。低圧の冷媒は、構成ユニット１０の第１水冷媒熱交換器１１、または、エバポレータ４８から、合流管を介してコンプレッサ３８へ吸入される。

エンジン冷却部４０は、エンジンの周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へエンジンから熱を放出させる。ポンプは、例えば、エンジンの動力により回転する。エンジン冷却部４０には、エンジンの排熱の量が多くなった場合に、熱を外気に放出するラジエータが備わっていてもよい。エンジン冷却部４０の冷却液の通路は、構成ユニット１０を通ってヒーターコア４４と連通されている。

冷却液は、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）などの不凍液であり、熱を輸送するための液体である。

冷却液を移送する構成は、エンジン冷却部４０のポンプのみとすることもできる。これにより、装置のコストの削減および装置の設置スペースの縮小を図ることができる。冷却液の移送能力を高めるために、冷却液配管の他の箇所にポンプを追加してもよい。

ヒーターコア４４は、冷却液と空気との間で熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣ７０の吸気通路内に配置される。ヒーターコア４４には、加熱された冷却液が供給され、暖房運転時に車室内へ送られる吸気（車室内への送風）に熱を放出する。ヒーターコア４４は、ドア４４ａの開度により通過する空気の量を調整可能になっている。ドア４４ａは、電気的な制御で開閉可能である。ドア４４ａは、エアミックスドアとも呼ばれる。

エバポレータ４８は、低温低圧の冷媒と、空気との間で熱交換を行う機器であり、ＨＶＡＣ７０の吸気通路内に配置される。エバポレータ４８には、冷房運転時、除湿運転時または温調運転時に低温低圧の冷媒が流され、車室内へ供給される吸気（車室内への送風）を冷却する。

膨張弁３７は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、エバポレータ４８に吐出する。膨張弁３７は、エバポレータ４８に近接して配置されている。膨張弁３７は、エバポレータ４８から送出される冷媒の温度により、吐出する冷媒量を自動的に調整する機能を有する温度式膨張弁（ＴＸＶ：Thermal Expansion Valve）であってもよい。

室外コンデンサ３９は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えばエンジンルーム内の車両の先頭付近に配置されて、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外コンデンサ３９には、冷房モードおよび除湿モードのときに、高温高圧の冷媒が流されて、冷媒から外気へ熱を排出させる。室外コンデンサ３９には、例えば、ファンにより外気が吹き付けられる。室外コンデンサ３９の冷媒の送出側にはリザーバタンク３９ａを設けてもよい。

構成ユニット１０は、単体で工場生産される一体化された構成であり、車両の組み立て工程において、車両用空調装置１の他の構成と配管接続される。構成ユニット１０は、１個の筐体に各構成要素が収容されて一体化されていてもよいし、各構成要素が接合されることで一体化されていてもよい。

構成ユニット１０には、第１水冷媒熱交換器１１と、第２水冷媒熱交換器１２と、開閉弁１３と、電磁弁付き膨張弁１４とが含まれる。

第１水冷媒熱交換器１１（蒸発器）は、低温低圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第１水冷媒熱交換器１１には、所定の運転モードのときに、電磁弁付き膨張弁１４から低温低圧の冷媒が導入されて、冷却液から低温低圧冷媒へ熱を移動させる。これにより、第１水冷媒熱交換器１１は低温低圧の冷媒を気化させる。

第１水冷媒熱交換器１１の冷却液の導入口は、配管を介してヒーターコア４４に連通され、冷却液の送出口は、配管を介してエンジン冷却部４０に連通されている。第１水冷媒熱交換器１１の冷媒の導入口は、配管を介して電磁弁付き膨張弁１４に連通され、冷媒の送出口は、コンプレッサ３８の吸入口へ合流する配管に連通されている。

第２水冷媒熱交換器１２（凝縮器）は、高温高圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第２水冷媒熱交換器１２には、所定の運転モードのときに、コンプレッサ３８から高温高圧の冷媒が送られて、高温高圧冷媒から冷却液へ熱を放出させる。これにより、第２水冷媒熱交換器１２は、高温高圧の冷媒を凝縮させる。

第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の導入口は、配管を介してエンジン冷却部４０に連通され、冷却液の送出口は、配管を介してヒーターコア４４に連通されている。第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の導入口は、配管を介してコンプレッサ３８の吐出口へ連通され、冷媒の送出口は、分岐配管を介して開閉弁１３と電磁弁付き膨張弁１４とに連通されている。

開閉弁１３は、例えば電気的な制御により、冷媒配管の開閉を切り換える弁である。開閉弁１３は、例えば電磁弁である。

電磁弁付き膨張弁１４は、例えば電気的な制御により、冷媒配管の開閉を切り換えられるとともに、開としたときに膨張弁として機能する弁である。電磁弁付き膨張弁１４は、膨張弁として機能する際、第１水冷媒熱交換器１１の冷媒送出口の冷媒温度に基づき、自動的に冷媒流量を調整する温度式膨張弁（ＴＸＶ：Thermal Expansion Valve）であってもよい。

逆止弁１５は、コンプレッサ３８とエバポレータ４８との間の冷媒配管に設けられ、室外コンデンサ３９およびエバポレータ４８に冷媒が流されない運転モードのときに、冷媒の逆流を防ぐ弁である。ここで、開閉弁１３が閉じられて、第１水冷媒熱交換器１１と第２水冷媒熱交換器１２とを通る冷媒回路に冷媒が流される運転モードを考察する。この運転モードでは、開閉弁１３が閉じられていることで、室外コンデンサ３９とエバポレータ４８とを通る冷媒回路は遮断される。しかしながら、この場合でも、外気が低いと、室外コンデンサ３９およびエバポレータ４８における冷媒圧力が低くなることがある。そして、この圧力低下があると、第１水冷媒熱交換器１１および第２水冷媒熱交換器１２の冷媒回路に流れている冷媒が、エバポレータ４８側の冷媒回路へ逆流してしまう。この結果、第１水冷媒熱交換器１１と第２水冷媒熱交換器１２とを通る冷媒回路の冷媒量が最適な範囲から逸脱してしまい、このヒートポンプサイクルの効率が低下してしまう。しかしながら、逆止弁１５があることで、このような不都合を回避することができる。

温度センサ１６は、冷却液の温度（水温とも呼ぶ）を検出し、水温を示す水温信号をヒートポンプ暖房制御部５２に出力する。温度センサ１６は、例えば、第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の入口温度を検出する。温度センサ１６は、エンジン冷却部４０の出口温度など、第２水冷媒熱交換器１２に流れる冷却液の温度が推定できれば、他の箇所の温度を検出してもよい。

圧力センサ１７は、コンプレッサ３８の冷媒の吐出圧力を検出し、圧力を示す冷媒圧力信号をヒートポンプ暖房制御部５２に出力する。圧力センサ１７は、冷媒の吐出圧力を推測できる圧力であれば、他の箇所の冷媒の圧力を検出してもよい。

ヒートポンプ暖房制御部５２は、マイクロコンピュータまたはシーケンサから構成することができる。ヒートポンプ暖房制御部５２は、開閉弁１３と電磁弁付き膨張弁１４との開閉制御を行って、主に、ヒートポンプ式暖房モードの切換制御を行う。

バイパス通路１８は、エンジン冷却部４０から第２水冷媒熱交換器１２へ向かう冷却液の通路から分岐して第１水冷媒熱交換器１１の上流の冷却液の通路へ連通可能な第１バイパス通路と、ヒーターコア４４から第１水冷媒熱交換器１１へ向かう冷却液の通路の途中から分岐して第１水冷媒熱交換器１１の下流の冷却液の通路へ連通可能な第２バイパス通路と、から構成される。図１では、第１バイパス通路と第２バイパス通路とで共通化された通路を共通通路１８ａとし、第１バイパス通路から共通通路１８ａを除いた部分を第１分岐通路１８ｂとし、第２バイパス通路から共通通路１８ａを除いた部分を第２分岐通路１８ｃとする。

すなわち、第１バイパス通路は、上流から順に、第１分岐通路１８ｂ、共通通路１８ａで構成され、エンジン冷却部４０からの冷却液が第２水冷媒熱交換器１２及びヒーターコア４４を迂回する流路である。また、第２バイパス通路は、上流から順に、共通通路１８ａ、第２分岐通路１８ｃで構成され、ヒーターコア４４からの冷却液が第１水冷媒熱交換器１１を迂回する流路である。このように、バイパス通路１８において、第１バイパス通路の途中から下流端までと、第２バイパス通路の途中から上流端までとが、共通通路１８ａとして共通化されている。

バイパス通路１８には、切換器１９が設けられている。切換器１９は、例えば電気的な制御により、共通通路１８ａ、第１分岐通路１８ｂおよび第２分岐通路１８ｃの連通状態を切り換える１ユニット化された切換器である。切換器１９は、例えば、電磁弁である。

切換器１９は、バイパス通路１８の連通状態を全て遮断する状態（以下、「バイパス無し状態」と呼ぶ）、第１分岐通路１８ｂおよび共通通路１８ａのみ連通する状態（以下、「コンデンサバイパス状態」と呼ぶ）、第２分岐通路１８ｃおよび共通通路１８ａのみ連通する状態（以下、「エバポレータバイパス状態」と呼ぶ）の、３通りに切り換える。例えば、切換器１９は、第１分岐通路１８ｂおよび共通通路１８ａのみ連通する状態において開状態となるコンデンサ側水弁と、第２分岐通路１８ｃおよび共通通路１８ａのみ連通する状態で開状態となるエバポレータ側水弁とを有する。コンデンサ側水弁およびエバポレータ側水弁を閉状態とすることで、バイパス通路１８が全て遮断される。

ヒートポンプ暖房制御部５２は、構成ユニット１０と一体化された制御ボックスに収容される。なお、この制御ボックスは、構成ユニット１０の機械系の構成とは別体にしてもよい。

ヒートポンプ暖房制御部５２には、ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報が入力される。具体的には、この情報は、図示せぬヒートポンプ暖房スイッチのオン・オフを示すスイッチ情報（ヒートポンプ暖房起動信号）である。ヒートポンプ暖房スイッチは、ユーザーが操作可能な操作スイッチである。ヒートポンプ暖房制御部５２は、ユーザーがヒートポンプ暖房スイッチをオン操作してヒートポンプ暖房起動信号が入力された場合に、ヒートポンプ式暖房モードへの移行が必要であると判別することができる。

ヒートポンプ暖房制御部５２には、ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報として、外気温度情報、車室内温度情報、および、冷却液温度情報などの環境情報、並びに、車室内温度の設定情報などが入力されてもよい。また、ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報として、ドア４４ａの開度情報など車両用空調装置１の状態情報が含まれてもよい。これら全ての情報が入力される必要はなく、幾つかの情報のみが入力されてもよい。これらの情報に基づいて、ヒートポンプ暖房制御部５２は、暖房用にエンジン排熱等の熱が不足していることを検知して、ヒートポンプ式暖房モードへの移行が必要であると判別することができる。

ヒートポンプ暖房制御部５２は、温度センサ１６の水温信号と、圧力センサ１７の冷媒圧力信号とを入力する。ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９によるバイパス通路１８の連通状態を切り換える水路切換制御信号を出力する。すなわち、ヒートポンプ暖房制御部５２は、水温信号または冷媒圧力信号に基づいて、バイパス通路１８における第１バイパス通路または第２バイパス通路へ冷却液を迂回させる制御を行う。なお、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９によるバイパス通路１８の連通状態を制御するだけでなく、バイパス通路１８の流量を制御してもよい。この場合、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９の開度を段階的または無段階に制御してもよいし、冷却液を移送するポンプの回転数を制御してもよい。

［ヒートポンプ式の暖房モード時における水路の切換制御］
図２は、実施の形態のヒートポンプ暖房制御部の動作を説明するフローチャートである。図２では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、一例として、冷媒圧力信号に示される冷媒圧力Ｐｄに基づいて、バイパス通路１８における水路の切換制御を行う。

ヒートポンプ暖房制御部５２は、ヒートポンプ式の暖房モード時において、図２の制御を実行する。

ヒートポンプ式の暖房モードになると、ヒートポンプ暖房制御部５２は、先ず、バイパス通路１８の連通状態を示すstate_flagを０に初期化する（ステップＳＴ１）。ここで、state_flag＝０の状態は、コンデンサバイパス状態（第１バイパス通路の迂回が有りの状態）を表し、state_flag＝１の状態は、バイパス無し状態（第１バイパス通路および第２バイパス通路の両方の迂回が無しの状態）を表し、state_flag＝２の状態は、エバポレータバイパス状態（第２バイパス通路の迂回が有りの状態）を表す。

つまり、ヒートポンプ暖房制御部５２は、ヒートポンプ式の暖房モードになると、バイパス通路１８の連通状態をコンデンサバイパス状態に切り換える。元々、コンデンサバイパス状態になっている場合には、そのままとする。

次いで、ヒートポンプ暖房制御部５２は、ステップＳＴ２〜ＳＴ１４のループ処理を繰り返し実行する。

ステップＳＴ２では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、現在のstate_flagがどの値（０〜２）であるかを判別する。また、ステップＳＴ３、ＳＴ５、ＳＴ９では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、圧力センサ１７の出力を取り込んで、冷媒圧力Ｐｄ（例えばコンプレッサ３８の吐出出力）を取得する。

state_flag＝０の場合、ステップＳＴ３では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ１より高いか否かを判別する。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ１より高い場合（ＳＴ３：ＹＥＳ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagを１とする（ステップＳＴ４）。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ１以下の場合（ＳＴ３：ＮＯ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagをそのまま（０）とする。

state_flag＝１の場合、ステップＳＴ５では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２より低いか否かを判別する。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２より低い場合（ＳＴ５：ＹＥＳ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagを０とする（ステップＳＴ６）。

冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２より高い場合（ＳＴ５：ＮＯ）、ステップＳＴ７では、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ３より高いか否かを判別する。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ３より高い場合（ＳＴ７：ＹＥＳ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagを２とする（ステップＳＴ８）。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ３以下の場合（ＳＴ７：ＮＯ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagをそのまま（１）とする。

state_flag＝２の場合、ステップＳＴ９では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ４より低いか否かを判別する。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ４より低い場合（ＳＴ５：ＹＥＳ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagを１とする（ステップＳＴ１０）。冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ４以上の場合（ＳＴ９：ＮＯ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flagをそのまま（２）とする。

閾値Ｐ３は、冷媒吐出圧力の上限（Ｐｍａｘ）より低く、他の閾値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４より高い値に設定される。

閾値Ｐ２は、他の閾値Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４より低い値に設定される。

閾値Ｐ１は、切換器１９をコンデンサバイパス状態からバイパス無し状態に切換えるときの冷媒吐出圧力を表わす値である。閾値Ｐ４は、切換器１９をエバポレータバイパス状態からバイパス無し状態に切換えるときの冷媒吐出圧力を表わす値である。本実施形態では、閾値Ｐ３、Ｐ１、Ｐ４、Ｐ２が、この順で段階的に低くなる値に設定されている（図４および図５を参照）。

ステップＳＴ１１では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、現在のstate_flagがどの値（０〜２）であるかを判別する。ヒートポンプ暖房制御部５２は、state_flag＝０の場合、コンデンサバイパス状態に切り換えさせる指令を出力し（ステップＳＴ１２）、state_flag＝１の場合、バイパス無し状態に切り換えさせる指令を出力し（ステップＳＴ１３）、state_flag＝２の場合、エバポレータバイパス状態に切り換えさせる指令を出力する（ステップＳＴ１４）。元々、コンデンサバイパス状態、バイパス無し状態またはエバポレータバイパス状態になっている場合には、そのままとする。

すなわち、ステップＳＴ３、ＳＴ５、ＳＴ７、ＳＴ９の判別式を満たす場合、ヒートポンプ暖房制御部５２は、バイパス通路１８の連通状態を切り換える（ステップＳＴ１２〜ＳＴ１４）。

図３は、冷媒圧力Ｐｄに応じて切り換えられるバイパス通路１８の状態遷移を示す。

図３に示すように、バイパス無し状態で、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ３（上閾値）より高くなったときに（ステップＳＴ７：ＹＥＳ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、エバポレータバイパス状態（state_flag = 2）へ切り換える。一方、バイパス無し状態で、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２（下閾値）より低くなったときに（ステップＳＴ５：ｙｅｓ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、コンデンサバイパス状態（state_flag = 0）に切り換える。

エバポレータバイパス状態で、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ４より低くなったときに（ステップＳＴ９：ｙｅｓ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、バイパス無し状態（state_flag = 1）に切り換える。また、コンデンサバイパス状態で、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ１（中上閾値）より高くなったときに（ステップＳＴ３：ｙｅｓ）、ヒートポンプ暖房制御部５２は、バイパス無し状態（state_flag = 1）に切り換える。

次に、上述したヒートポンプ暖房制御部の動作例について説明する。

［ヒートポンプ式の暖房モード時における水路の切換制御の動作例１］
図４は、エンジンおよびコンプレッサ３８の始動から、水温が徐々に上昇し、エンジンの排熱のみで車室内を暖房できる状態に至ったときの制御例を表わしている。

図４では、時刻ｔ０からエンジン水温が徐々に上昇する。

時刻ｔ１では、ヒートポンプ暖房が起動され、コンプレッサ３８が駆動する（ＨＰ：ＯＮ）。時刻ｔ１では、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９に対して、コンデンサバイパス状態に切り換えさせる。すなわち、切換器１９は、図１に示す共通通路１８ａ及び第１分岐通路１８ｂを連通するようにコンデンサ側水弁を開状態にする。これにより、第２水冷媒熱交換器１２（コンデンサ）内の冷却液の流量が減少する。よって、第２水冷媒熱交換器１２では冷却液が急速に加熱されるので、速暖性を向上させることができる。また、冷媒圧力Ｐｄは速やかに増加する。

時刻ｔ２では、コンデンサバイパス状態において冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ１を超えるので、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９に対して、バイパス無し状態に切り換えさせる。すなわち、切換器１９は、図１に示す共通通路１８ａ、第１分岐通路１８ｂ及び第２分岐通路１８ｃの全てを遮断する（コンデンサ側水弁およびエバポレータ側水弁を閉状態にする）。これにより、第２水冷媒熱交換器１２（コンデンサ）内の冷却液の流量が戻り、標準的な運転となる。

冷媒圧力Ｐｄは、時刻ｔ２において冷媒圧力Ｐｄが一時的に低下するものの、エンジンの排熱により、再び増加し始める。

時刻ｔ３では、バイパス無し状態において冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ３を超えるので、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９に対して、エバポレータバイパス状態に切り換えさせる。すなわち、切換器１９は、図１に示す共通通路１８ａ及び第２分岐通路１８ｃを連通するようにエバポレータ側水弁を開状態にする。これにより、第１水冷媒熱交換器１１（エバポレータ）内の冷却液の流量が減少する。よって、第１水冷媒熱交換器１１では冷却液から冷媒に与える熱量が減少し、冷媒圧力Ｐｄが上限Ｐｍａｘに達するのを遅らせることができる。

冷媒圧力Ｐｄは、時刻ｔ３において冷媒圧力Ｐｄが一時的に低下するものの、エンジン排熱が多く、再び増加し始める。

時刻ｔ４では、冷媒圧力Ｐｄが上限であるＰｍａｘに到達するので、コンプレッサ３８の駆動が停止される。このとき、水温は車室内を暖房するのに十分に高くなり、且つ、エンジン排熱により車室内を暖房を維持する熱量が得られる状態になっている。

時刻ｔ４でのエンジン水温は、ヒートポンプ動作が駆動されていなくても適切な暖房性能を維持することができるほど十分に高温である。このように、ヒートポンプ暖房制御部５２は、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２〜Ｐ３の間になるようにバイパス通路１８のバイパス経路を切り換えることにより、ヒートポンプ動作を継続させて高い暖房性能を発揮することができる。

［ヒートポンプ式の暖房モード時における水路の切換制御の動作例２］
図５は、エンジンおよびコンプレッサ３８の始動から外部要因により水温が大きく変化したときの制御例を表わしている。

外部要因により、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の後半期間でエンジン水温が大きく低下すると、これに伴い、冷媒圧力Ｐｄも大きく低下する。

時刻ｔ３では、バイパス無し状態において冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２を下回るので、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９に対して、コンデンサバイパス状態に切り換えさせる。すなわち、切替部１９は、図１に示す共通通路１８ａおよび第１分岐通路１８ｂを連通するようにコンデンサ側水弁を開状態にする。これにより、第２水冷媒熱交換器１２（コンデンサ）内の冷却液の流量が減少する。よって、第２水冷媒熱交換器１２では冷却液が急速に加熱されるので、ヒーターコア４４へ送られる冷却液の温度が上昇する。また、冷媒圧力Ｐｄも増加する。

時刻ｔ５で、エバポレータバイパス状態に切り換えられた後、外部要因により、エンジン水温が大きく低下すると、これに伴い、冷媒圧力Ｐｄも大きく低下する。

時刻ｔ６では、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ４を下回るので、ヒートポンプ暖房制御部５２は、切換器１９に対して、バイパス無し状態に切り換えさせる。すなわち、切換器１９は、図１に示す共通通路１８ａ、第１分岐通路１８ｂ及び第２分岐通路１８ｃの全てを遮断する。これにより、第１水冷媒熱交換器１１（エバポレータ）内の冷却液の流量が増加する。よって、第１水冷媒熱交換器１１での冷媒が過熱され、冷媒圧力Ｐｄが増加する。また、冷媒圧力Ｐｄが増加するので、第２水冷媒熱交換器１２での冷却液の加熱が強まり、冷却液の温度が上昇する。

このように、ヒートポンプ暖房制御部５２は、冷媒圧力Ｐｄが閾値Ｐ２〜Ｐ３の間になるようにバイパス通路１８のバイパス経路を切り換えることにより、ヒートポンプ動作を継続させて高い暖房性能を発揮することができる。

コンプレッサ３８が、エンジンの動力により駆動する場合、冷却液の温度上昇に伴い冷媒圧力Ｐｄが増加した場合にクラッチをオフすることで冷媒圧力Ｐｄを低下させることが可能である。しかし、クラッチのオンおよびオフの頻度が高まると、ドライバへの運転快適性が低下してしまう。一方、本実施形態の車両用空調装置１によれば、第２バイパス通路（エバポレータバイパス状態）へ切り換えることで、冷媒圧力Ｐｄを低下させることができるため、コンプレッサ３８のクラッチのオンおよびオフの頻度が低下する。以上により、本実施形態の車両用空調装置１によれば、クラッチ切り替えによる運転快適性の低下を抑制することができる。

以上のように、本実施形態の車両用空調装置１によれば、第２バイパス通路（エバポレータバイパス状態）への切り換えと、第１バイパス通路（コンデンサバイパス状態）への切り換えにより、高い暖房性能を発揮することができる。

また、図１に示すように、第１バイパス通路および第２バイパス通路の一部が共通通路１８ａとして共通化されている。第２バイパス通路と、第１バイパス通路とは、上述のように同時に使用することはない。そこで、バイパス通路１８の連通状態を切り換える１ユニット化された切換器１９を用いることが可能となる。これにより、車両用空調装置１の全体的な構成のコンパクト化および低コスト化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

なお、本実施の形態では、４つの閾値Ｐ３、Ｐ１、Ｐ４、Ｐ２が、この順で段階的に低くなる値に設定された場合について説明した。しかし、閾値Ｐ３が閾値Ｐ２より大きい値であれば制御の条件は成立する。

また、本実施の形態では、冷媒圧力Ｐｄを用いてヒートポンプ暖房制御を行う場合について説明したが、ヒートポンプ暖房制御は、冷媒圧力Ｐｄに限定されず、冷却液の温度Ｔｗに基づいて行われてもよい。図６は、冷却液の温度Ｔｗに応じて切り換えられるバイパス通路１８の連通状態の遷移図である。具体的には、バイパス無し状態で、冷却液温度Ｔｗが閾値Ｔ３より高くなったときに、ヒートポンプ暖房制御部５２は、エバポレータバイパス状態へ切り換える。一方、バイパス無し状態で、冷却液温度Ｔｗが閾値Ｔ２より低くなったときに、ヒートポンプ暖房制御部５２は、コンデンサバイパス状態に切り換える。また、エバポレータバイパス状態で、冷却液温度Ｔｗが閾値Ｔ４より低くなったときに、ヒートポンプ暖房制御部５２は、バイパス無し状態に切り換える。また、コンデンサバイパス状態で、冷却液温度Ｔｗが閾値Ｔ１より高くなったときに、ヒートポンプ暖房制御部５２は、バイパス無し状態に切り換える。ここで、閾値Ｔ１は、閾値Ｔ２以上としてもよい。また、閾値Ｔ３は、閾値Ｔ４以上であればよい。また、閾値Ｔ２は閾値Ｔ３未満としてもよい。また、閾値Ｔ１と閾値Ｔ３とは同じ値でもよく、閾値Ｔ２と閾値Ｔ４とは同じ値でもよい。また、閾値Ｔ１は、閾値Ｔ４と同じ値でもよく、閾値Ｔ４より小さい値でもよい。４つの閾値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４において、閾値Ｔ３が閾値Ｔ２より大きい値であれば制御の条件は成立する。

また、本実施の形態では、水回路を切り換える条件として、第２水冷媒熱交換器１２の入口水温に基づく条件、又は、コンプレッサ３８の吐出圧力に基づく条件を例示したが、検出する水温の場所、検出する冷媒圧力の場所は、その他の場所としてもよい。また、水回路を切り換える水温の閾値、又は、冷媒圧力の閾値は、実験等により適切な値を選定すればよい。

また、本実施の形態では、車両の発熱部品としてエンジンを例にとって説明した。しかしながら、車両の発熱部品は、電気自動車における走行用の電気モータ、走行用の電力を供給する二次電池など、様々な発熱部品を採用してもよい。

また、本実施の形態（図１）では、冷媒配管に設けられた開閉弁１３を開閉制御することにより、コンプレッサ３８、第２水冷媒熱交換器１２、電磁弁付き膨張弁１４、第１水冷媒熱交換器１１の順に循環する第１冷媒回路と、コンプレッサ３８、第２水冷媒熱交換器１２、室外コンデンサ３９、エバポレータ４８の順に循環する第２冷媒回路とを切り換えることができる。しかしながら、冷媒の経路はこれに限らない。例えば、図１では第２冷媒回路に第２水冷媒熱交換器１２を含めているが、図７に示すように第２冷媒回路から第２冷媒交換器１２を除外してもよい。つまり、第２冷媒回路は、コンプレッサ３８、室外コンデンサ３９、エバポレータ４８の順に循環する冷媒回路としてもよい。この場合、図７に示すように、コンプレッサ３８から吐出された冷媒の経路は、コンプレッサ３８の吐出側の配管に設けられた開閉弁２０および開閉弁２１の開閉制御によって切り換えられる。また、図１では、第１水冷媒熱交換器１１の冷媒の導入口には、冷房時に冷媒が第１水冷媒熱交換器１１に流入しないように電磁弁付膨張弁１４が設けられたのに対して、図７では、冷房時に冷媒が第１水冷媒熱交換器１１に流入することはないので、膨張弁２２は、温度式膨張弁（ＴＸＶ：Thermal Expansion Valve）であればよい。

本発明は、エンジン車、電気自動車、或いは、ＨＥＶ車など各種車両に搭載される車両用空調装置に利用できる。

１ 車両用空調装置
１０ 構成ユニット
１１ 第１水冷媒熱交換器
１２ 第２水冷媒熱交換器
１３、１９、２０、２１ 開閉弁
１４ 電磁弁付き膨張弁
１５ 逆止弁
１６ 温度センサ
１７ 圧力センサ
１８ バイパス通路
１８ａ 共通通路
１８ｂ 第１分岐通路
１８ｃ 第２分岐通路
１９ 切換器
２２、３７ 膨張弁
３８ コンプレッサ
３９ 室外コンデンサ
４０ エンジン冷却部
４４ ヒーターコア
４４ａ ドア
４８ エバポレータ
５２ ヒートポンプ暖房制御部
７０ ＨＶＡＣ
Ｐ１ 第１閾値（中上閾値）
Ｐ２ 第２閾値（下閾値）
Ｐ３ 第３閾値（上閾値）
Ｐ４ 第４閾値（中下閾値）

Claims (6)

1. 低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒交換器と、
   冷媒を圧縮するコンプレッサが吐出した高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器であって、車室内への送風を加熱するヒーターコアへ加熱された冷却液を送る前記第２水冷媒熱交換器と、
   車両の発熱部品の冷却部から前記第２水冷媒熱交換器へ向かう冷却液の通路の途中から分岐して前記第１水冷媒熱交換器の上流の冷却液の通路へ連通可能な第１バイパス通路と、
   前記ヒーターコアから前記第１水冷媒熱交換器へ向かう冷却液の通路の途中から分岐して前記第１水冷媒熱交換器の下流の冷却液の通路へ連通可能な第２バイパス通路と、
   を備え、
   前記第１バイパス通路の途中から下流端までと、前記第２バイパス通路の途中から上流端までとが、共通化されている、
   車両用空調装置。
2. 前記第１バイパス通路および前記第２バイパス通路の共通化された通路を共通通路、前記第１バイパス通路から前記共通通路を除いた部分を第１分岐通路、前記第２バイパス通路から前記共通通路を除いた部分を第２分岐通路として、
   前記第１分岐通路、前記第２分岐通路および前記共通通路の連通状態を、全て遮断、前記第１分岐通路および前記共通通路のみ連通、前記第２分岐通路および前記共通通路のみ連通の、３通りに切り換える１ユニット化された切換器を有する、
   請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記車両用空調装置の運転状況を表わすパラメータに基づいて、前記第１バイパス通路または前記第２バイパス通路へ冷却液を迂回させる制御を行う制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記パラメータが上閾値より高くなったときに、前記第１バイパス通路および前記第２バイパス通路の両方の迂回が無しの状態から、前記第２バイパス通路の迂回が有りの状態へ切り換え、
   前記パラメータが前記上閾値より低い下閾値より低くなったときに、前記第１バイパス通路および前記第２バイパス通路の両方の迂回が無しの状態から、前記第１バイパス通路の迂回が有りの状態に切り換える、
   請求項１記載の車両用空調装置。
4. 前記制御手段は、
   前記第２バイパス通路の迂回が有りの状態で、前記パラメータが中下閾値より低くなったときに、前記第１バイパス通路および前記第２バイパス通路の両方の迂回を無しの状態に切り換え、
   前記第１バイパス通路の迂回が有りの状態で、前記パラメータが中上閾値より高くなったときに、前記第１バイパス通路および前記第２バイパス通路の両方の迂回を無しの状態に切り換え、
   前記上閾値は前記下閾値より高く、前記中下閾値は前記上閾値以下、且つ、前記中上閾値は前記下閾値以上に設定されている、
   請求項３記載の車両用空調装置。
5. 前記上閾値、前記中上閾値、前記中下閾値、前記下閾値は、この順で段階的に低くなるように設定されている、
   請求項４記載の車両用空調装置。
6. 前記パラメータは、冷媒圧力、または、冷却液の温度である、
   請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の車両用空調装置。

Images