JP7280770B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の車室内を空調するヒートポンプ方式の空気調和装置、特に車両に搭載された機器の温度を冷却可能とされた車両用空気調和装置に関するものである。
近年の環境問題の顕在化から、車両に搭載されたバッテリから供給される電力で走行用モータを駆動するハイブリッド自動車や電気自動車等の車両が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、室外熱交換器が接続された冷媒回路を備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、この放熱器において放熱した冷媒を室外熱交換器において吸熱させることで車室内を暖房し、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させることで車室内を冷房するものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
一方、バッテリ（車両搭載機器）は自己発熱等で高温となった環境下で充放電を行うと、劣化が進行し、やがては作動不良を起こして破損する危険性もある。そこで、冷媒回路を循環する冷媒と熱媒体を熱交換させる冷媒－熱媒体熱交換器（車両搭載機器用熱交換器）を設け、この冷媒－熱媒体熱交換器で冷媒を吸熱させ、それにより冷却された熱媒体（冷却水）をバッテリに循環させることでバッテリを冷却することができるようにしたものも開発されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特許第５９９９６３７号公報 特許第５６６８７００号公報 特許第５４４０４２６号公報
ここで、冷房中にも車室内に供給される空気をエアミックスダンパで放熱器に流し、車室内に吹き出される空気の温度を調整するものであるが（リヒート）、従来では例えば特許文献１のように放熱器の暖房能力が達成できなくなる状態になった場合、冷房から除湿等に移行するようにしていた。
一方、車室内の冷房を行いながらバッテリの冷却を行う場合、例えば、外気温が低下して吸熱器の温度がその目標値より低くなった場合、当該吸熱器に冷媒を流す必要はなくなるが、そのような状況となって吸熱器への冷媒の流入を阻止しても、車両搭載機器用熱交換器に冷媒が流れているので回路閉塞にはならず、運転は継続されることになる。
この場合、例えば、従来の制御の如く放熱器の暖房能力が達成できなくなった状態になったときに他の運転状態に移行するようにすると、放熱器の暖房能力が達成できなくなるまで室外熱交換器で冷媒を放熱させる車室内の冷房が継続されることになるため、車室内を暖房する能力が不足した状態が続き、電気ヒータ等で補助的に暖房しなければならなくなると云う問題があった。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、車室内を空調しながら車両搭載機器を冷却可能とされた車両用空気調和装置において、車室内の暖房性能の改善を図りながら省エネ化も実現することを目的とする。
本発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する放熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱、又は、放熱させる室外熱交換器と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却する吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両搭載機器を冷却する車両搭載機器用熱交換器と、室外熱交換器への冷媒の流入を制御する室外熱交換器用弁装置と、吸熱器への冷媒の流入を制御する吸熱器用弁装置と、制御装置を備え、この制御装置により、少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器、及び／又は、室外熱交換器にて放熱させ、吸熱器及び車両搭載機器用熱交換器にて吸熱させることで、車室内の冷房と車両搭載機器の冷却を行う第１の運転モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、室外熱交換器、及び／又は、車両搭載機器用熱交換器にて吸熱させることで、車室内の暖房と車両搭載機器の冷却を行う第２の運転モードを実行可能とされたものであって、制御装置は、第１の運転モードを実行しているときに、吸熱器用弁装置により吸熱器への冷媒の流入を阻止しても、吸熱器の温度がその目標値を下回る場合、第２の運転モードに移行することを特徴とする。
請求項２の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御装置は、第１の運転モードにおいては、車両搭載機器の温度を示す指標に基づいて圧縮機の運転を制御し、吸熱器の温度に基づいて吸熱器用弁装置を制御すると共に、第１の運転モードを実行しているときに、吸熱器用弁装置により吸熱器への冷媒の流入を阻止する状態となっても、吸熱器の温度がその目標値を下回る場合、第２の運転モードに移行することを特徴とする。
請求項３の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において吸熱器及び車両搭載機器用熱交換器は、室外熱交換器の冷媒出口側に位置する第１の分岐部の冷媒下流側で並列に接続されていることを特徴とする。
請求項４の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において放熱器の冷媒出口側に位置する第２の分岐部から分岐し、室外熱交換器をバイパスして第１の分岐部に連通されたバイパス回路と、このバイパス回路への冷媒の流入を制御するバイパス回路用弁装置を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御装置は、第１の運転モードにおいて、圧縮機から吐出された冷媒を、室外熱交換器用弁装置、室外熱交換器、第１の分岐部、吸熱器用弁装置、吸熱器の順で流し、第１の分岐部で冷媒を分流させて車両搭載機器用熱交換器に流すと共に、第２の運転モードにおいては、圧縮機から吐出された冷媒を、放熱器、第２の分岐部、室外熱交換器用弁装置、室外熱交換器の順で流し、第２の分岐部から冷媒をバイパス回路に分流させて車両搭載機器用熱交換器に流すことを特徴とする。
請求項６の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において室外熱交換器用弁装置は、全閉可能な電動膨張弁であることを特徴とする。
請求項７の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において吸熱器用弁装置は、全閉可能な電動膨張弁、又は、膨張弁と電磁弁の組み合わせで構成されていることを特徴とする。
請求項８の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において車両搭載機器用熱交換器に流入する冷媒を減圧させる補助膨張弁を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する放熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱、又は、放熱させる室外熱交換器と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却する吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両搭載機器を冷却する車両搭載機器用熱交換器と、室外熱交換器への冷媒の流入を制御する室外熱交換器用弁装置と、吸熱器への冷媒の流入を制御する吸熱器用弁装置と、制御装置を備え、この制御装置により、少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器、及び／又は、室外熱交換器にて放熱させ、吸熱器及び車両搭載機器用熱交換器にて吸熱させることで、車室内の冷房と車両搭載機器の冷却を行う第１の運転モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、室外熱交換器、及び／又は、車両搭載機器用熱交換器にて吸熱させることで、車室内の暖房と車両搭載機器の冷却を行う第２の運転モードを実行可能とされた車両用空気調和装置において、制御装置が、第１の運転モードを実行しているときに、吸熱器用弁装置により吸熱器への冷媒の流入を阻止しても、吸熱器の温度がその目標値を下回る場合、第２の運転モードに移行するようにしたので、吸熱器に冷媒を流す必要が無い状態では、第１の運転モードから第２の運転モードに移行して、車室内の暖房性能を向上させることができるようになる。また、これにより第１の運転モードを継続して電気ヒータ等の補助的な暖房を行う必要が無くなるので、省エネルギーにも寄与することになる。
例えば、請求項２の発明の如く制御装置が、第１の運転モードにおいては、車両搭載機器の温度を示す指標に基づいて圧縮機の運転を制御し、吸熱器の温度に基づいて吸熱器用弁装置を制御する場合に、第１の運転モードを実行しているときに、吸熱器用弁装置により吸熱器への冷媒の流入を阻止する状態となっても、吸熱器の温度がその目標値を下回る場合、第２の運転モードに移行するようにすることで、効果的に車室内の暖房性能の改善を図ることが可能となる。
以上のことは例えば請求項３乃至請求項８の如き構成の車両用空気調和装置において極めて有効となる。
本発明を適用した車両用空気調和装置の一実施例の構成図である（暖房＋バッテリ冷却モード：第２の運転モード）。 図１の車両用空気調和装置の制御装置としての空調コントローラのブロック図である。 図２の空調コントローラによる除湿＋バッテリ冷却モード（第１の運転モード）、冷房＋バッテリ冷却モード（第１の運転モード）を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施例の車両用空気調和装置１の構成図を示している。本発明を適用する実施例の車両は、エンジン（内燃機関）が搭載されていない電気自動車（ＥＶ）であって、車両にバッテリ５５（例えば、リチウムイオンバッテリ）が搭載され、外部電源からバッテリ５５に充電された電力を走行用モータ（電動モータ）に供給することで駆動し、走行するものである。そして、車両用空気調和装置１も、バッテリ５５から給電されて駆動されるものである。
即ち、車両用空気調和装置１は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路Ｒを有するヒートポンプ装置ＨＰにより車室内の暖房を行い、更に、冷房、除湿を選択的に実行することで、車室内の空調を行いながら、バッテリ５５の冷却も行うものである。尚、車両として係る電気自動車に限らず、エンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明が有効であることは云うまでもない。
実施例の車両用空気調和装置１は、電気自動車の車室内の空調（暖房、冷房、除湿、及び、換気）を行うものであり、バッテリ５５から給電されて冷媒を圧縮する電動式の圧縮機（電動圧縮機）２と、車室内空気が通気循環されるＨＶＡＣユニット１０の空気流通路３内に設けられ、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒が冷媒配管１３Ｇを介して流入し、この冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器４と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動膨張弁から成る室外熱交換器用弁装置としての室外膨張弁６と、冷房時には冷媒を放熱させる凝縮器として機能し、暖房時には冷媒を吸熱させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせるための室外熱交換器７と、冷媒を減圧膨張させる電動膨張弁から成る吸熱器用弁装置としての室内膨張弁８と、空気流通路３内に設けられて冷房時（除湿時）に車室内外から冷媒に吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器９と、アキュムレータ１２等が冷媒配管１３により順次接続され、ヒートポンプ装置ＨＰの冷媒回路Ｒが構成されている。室外膨張弁６や室内膨張弁８は、冷媒を減圧膨張させると共に、全開や全閉も可能とされている。
尚、室外熱交換器７には、室外送風機１５が設けられている。この室外送風機１５は、室外熱交換器７に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させるものであり、これにより停車中（即ち、車速が０ｋｍ／ｈ）にも室外熱交換器７に外気が通風されるよう構成されている。
また、室外熱交換器７の冷媒出口側に接続された冷媒配管１３Ａは、逆止弁１８を介して冷媒配管１３Ｂに接続されている。尚、逆止弁１８は冷媒配管１３Ｂ側が順方向とされ、この冷媒配管１３Ｂは室内膨張弁８に接続されている。
また、室外熱交換器７から出た冷媒配管１３Ａは分岐しており、この分岐した冷媒配管１３Ｄは、暖房時に開放される電磁弁２１を介して吸熱器９の出口側に位置する冷媒配管１３Ｃに連通接続されている。そして、この冷媒配管１３Ｄの接続点より下流側の冷媒配管１３Ｃに逆止弁２０が接続され、この逆止弁２０より下流側の冷媒配管１３Ｃがアキュムレータ１２に接続され、アキュムレータ１２は圧縮機２の冷媒吸込側に接続されている。尚、逆止弁２０はアキュムレータ１２側が順方向とされている。
更に、放熱器４の出口側の冷媒配管１３Ｅは室外膨張弁６の手前（冷媒上流側の放熱器４の冷媒出口側）に位置する分岐部Ｂ２（第２の分岐部）で冷媒配管１３Ｊと冷媒配管１３Ｆに分岐しており、分岐した一方の冷媒配管１３Ｊが室外膨張弁６を介して室外熱交換器７の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管１３Ｆは除湿時に開放されるバイパス回路用弁装置としての電磁弁２２を介して逆止弁１８の冷媒下流側であって、室内膨張弁８の冷媒上流側に位置する冷媒配管１３Ｂに連通接続されている。
これにより、冷媒配管１３Ｆは室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８の直列回路に対して並列に接続されたかたちとなり、室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８をバイパスするバイパス回路となる。
また、吸熱器９の空気上流側における空気流通路３には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されており（図１では吸込口２５で代表して示す）、この吸込口２５には空気流通路３内に導入する空気を車室内の空気である内気（内気循環）と、車室外の空気である外気（外気導入）とに切り換える吸込切換ダンパ２６が設けられている。更に、この吸込切換ダンパ２６の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路３に送給するための室内送風機（ブロワファン）２７が設けられている。
また、図１において２３は補助暖房装置としての補助ヒータである。この補助ヒータ２３はＰＴＣヒータ等の電気ヒータから構成されており、実施例では空気流通路３の空気の流れに対して、放熱器４の風上側となる空気流通路３内に設けられている。そして、補助ヒータ２３に通電することで、車室内の暖房補助を行うことができるように構成されている。
また、放熱器４の空気上流側における空気流通路３内には、当該空気流通路３内に流入し、吸熱器９を通過した後の空気流通路３内の空気（内気や外気）を補助ヒータ２３及び放熱器４に通風する割合を調整するエアミックスダンパ２８が設けられている。更に、放熱器４の空気下流側における空気流通路３には、ＦＯＯＴ（フット）、ＶＥＮＴ（ベント）、ＤＥＦ（デフ）の各吹出口（図１では代表して吹出口２９で示す）が形成されており、この吹出口２９には上記各吹出口から空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ３１が設けられている。
更に、車両用空気調和装置１は、バッテリ５５に熱媒体を循環させて当該バッテリ５５の温度を調整するための熱媒体循環回路６１を備えている。即ち、実施例においてはバッテリ５５が本発明における車両搭載機器となる。
この実施例の熱媒体循環回路６１は、循環装置としての循環ポンプ６２と、車両搭載機器用熱交換器としての冷媒－熱媒体熱交換器６４を備え、それらとバッテリ５５が熱媒体配管６８にて接続されている。
実施例の場合、循環ポンプ６２の吐出側に熱媒体配管６８Ａが接続され、この熱媒体配管６８Ａは冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａの入口に接続されている。そして、この熱媒体流路６４Ａの出口に熱媒体配管６８Ｂが接続され、この熱媒体配管６８Ｂはバッテリ５５の入口に接続されている。そして、バッテリ５５の出口は熱媒体配管６８Ｃに接続され、熱媒体配管６８Ｃは循環ポンプ６２の吸込側に接続されている。
この熱媒体循環回路６１で使用される熱媒体としては、例えば水、ＨＦＯ－１２３４ｙｆのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、実施例では水を熱媒体として採用している。また、バッテリ５５の周囲には例えば熱媒体が当該バッテリ５５と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。
一方、冷媒回路Ｒの冷媒配管１３Ｆの出口、即ち、冷媒配管１３Ｆと冷媒配管１３Ｂとの接続部の冷媒下流側であって、室内膨張弁８の冷媒上流側に位置する冷媒配管１３Ｂの分岐部Ｂ１（第１の分岐部）には分岐回路としての分岐配管７２の一端が接続されている。この分岐配管７２には電動膨張弁から構成された補助膨張弁７３が設けられている。この補助膨張弁７３は冷媒－熱媒体熱交換器６４の前述した冷媒流路６４Ｂに流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。
そして、分岐配管７２の他端は冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに接続されており、この冷媒流路６４Ｂの出口には冷媒配管７４の一端が接続され、冷媒配管７４の他端は逆止弁２０の冷媒下流側であって、アキュムレータ１２の手前（冷媒上流側）の冷媒配管１３Ｃに接続されている。そして、これら補助膨張弁７３等もヒートポンプ装置ＨＰの冷媒回路Ｒの一部を構成すると同時に、熱媒体循環回路６１の一部をも構成することになる。
上記分岐部Ｂ１は室外熱交換器７の冷媒出口側に位置しており、吸熱器９と冷媒－熱媒体熱交換器６４は分岐部Ｂ１の冷媒下流側で並列に接続されたかたちとなる。また、実施例では冷媒配管１３Ｆ（バイパス回路）は、冷媒配管１３Ｂを介してこの分岐部Ｂ１に連通されたかたちとなる。
補助膨張弁７３が開いている場合、冷媒配管１３Ｆや室外熱交換器７から出た冷媒（一部又は全ての冷媒）は分岐配管２７に流入し、補助膨張弁７３で減圧された後、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに流入して、そこで蒸発する。冷媒は冷媒流路６４Ｂを流れる過程で熱媒体流路６４Ａを流れる熱媒体から吸熱した後、アキュムレータ１２を経て圧縮機２に吸い込まれることになる。
次に、図２において３２は車両用空気調和装置１の制御を司る制御装置としての空調コントローラ３２である。この空調コントローラ３２は、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から構成されている。
空調コントローラ３２（制御装置）の入力には、車両の外気温度（Ｔａｍ）を検出する外気温度センサ３３と、外気湿度を検出する外気湿度センサ３４と、吸込口２５から空気流通路３に吸い込まれる空気の温度を検出するＨＶＡＣ吸込温度センサ３６と、車室内の空気（内気）の温度を検出する内気温度センサ３７と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ３８と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内ＣＯ2濃度センサ３９と、吹出口２９から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ４１と、圧縮機２の吐出冷媒圧力（吐出圧力Ｐｄ）を検出する吐出圧力センサ４２と、圧縮機２の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ４３と、圧縮機２の吸込冷媒温度を検出する吸込温度センサ４４と、放熱器４の温度（放熱器４を経た空気の温度、又は、放熱器４自体の温度：放熱器温度ＴＣＩ）を検出する放熱器温度センサ４６と、放熱器４の冷媒圧力（放熱器４内、又は、放熱器４を出た直後の冷媒の圧力：放熱器圧力ＰＣＩ）を検出する放熱器圧力センサ４７と、吸熱器９の温度（吸熱器９を経た空気の温度、又は、吸熱器９自体の温度：吸熱器温度Ｔｅ）を検出する吸熱器温度センサ４８と、吸熱器９の冷媒圧力（吸熱器９内、又は、吸熱器９を出た直後の冷媒の圧力）を検出する吸熱器圧力センサ４９と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ５１と、車両の移動速度（車速）を検出するための車速センサ５２と、設定温度や空調運転の切り換えを設定するための空調操作部５３と、室外熱交換器７の温度（室外熱交換器７から出た直後の冷媒の温度、又は、室外熱交換器７自体の温度：室外熱交換器温度ＴＸＯ。室外熱交換器７が蒸発器として機能するとき、室外熱交換器温度ＴＸＯは室外熱交換器７における冷媒の蒸発温度となる）を検出する室外熱交換器温度センサ５４と、室外熱交換器７の冷媒圧力（室外熱交換器７内、又は、室外熱交換器７から出た直後の冷媒の圧力）を検出する室外熱交換器圧力センサ５６の各出力が接続されている。
また、空調コントローラ３２の入力には更に、バッテリ５５の温度（バッテリ５５自体の温度、又は、バッテリ５５を出た熱媒体の温度、或いは、バッテリ５５に入る熱媒体の温度：バッテリ温度Ｔｂ）を検出するバッテリ温度センサ７６と、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａを出た熱媒体の温度（熱媒体温度Ｔｗ）を検出する熱媒体出口温度センサ７７の各出力も接続されている。この実施例ではこの熱媒体温度Ｔｗがバッテリ５５（車両搭載機器）の温度を示す指標とするが、バッテリ温度Ｔｂを採用することも可能である。
一方、空調コントローラ３２の出力には、前記圧縮機２と、室外送風機１５と、室内送風機（ブロワファン）２７と、吸込切換ダンパ２６と、エアミックスダンパ２８と、吹出口切換ダンパ３１と、室外膨張弁６、室内膨張弁８と、電磁弁２２（除湿）、電磁弁２１（暖房）の各電磁弁と、循環ポンプ６２、補助膨張弁７３、補助ヒータ２３が接続されている。そして、空調コントローラ３２は各センサの出力と空調操作部５３にて入力された設定に基づいてこれらを制御するものである。
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置１の動作について説明する。空調コントローラ３２（制御装置）は、この実施例では暖房＋バッテリ冷却モード（第２の運転モード）と、冷房＋バッテリ冷却モード（第１の運転モード）と、除湿＋バッテリ冷却モード（第１の運転モード）を切り換えて実行して車室内を空調し、バッテリ５５（車両搭載機器）の温度を調整する。
（１）暖房＋バッテリ冷却モード（第２の運転モード）
最初に、図１を参照しながら本発明における第２の運転モードとしての暖房＋バッテリ冷却モードについて説明する。図１にはこの運転モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れ（破線矢印、白抜き矢印）を示している。冬場等の低外気温時に空調コントローラ３２により（オートモード）、或いは、空調操作部５３へのマニュアル操作（マニュアルモード）により暖房が選択されると、空調コントローラ３２は電磁弁２１（暖房用）を開放し、室内膨張弁８を全閉とする。また、電磁弁２２（除湿用）を閉じる。
そして、圧縮機２、及び、各送風機１５、２７を運転し、エアミックスダンパ２８は室内送風機２７から吹き出された空気が補助ヒータ２３及び放熱器４に通風される割合を調整する状態とする。これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。放熱器４には空気流通路３内の空気が通風されるので、空気流通路３内の空気は放熱器４内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器４内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
放熱器４内で液化した冷媒は放熱器４を出た後、冷媒配管１３Ｅ、分岐部Ｂ２、冷媒配管１３Ｊを経て室外膨張弁６に至る。室外膨張弁６に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機１５にて通風される外気中から熱を汲み上げる（吸熱）。そして、室外熱交換器７を出た低温の冷媒は冷媒配管１３Ａ及び冷媒配管１３Ｄ、電磁弁２１を経て冷媒配管１３Ｃに至り、当該冷媒配管１３Ｃの逆止弁２０を経てアキュムレータ１２に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器４にて加熱された空気は吹出口２９から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。
空調コントローラ３２は、後述する目標吹出温度ＴＡＯから算出される目標ヒータ温度ＴＣＯ（放熱器４の風下側の空気温度の目標値）から目標放熱器圧力ＰＣＯ（放熱器４の圧力ＰＣＩの目標値）を算出し、この目標放熱器圧力ＰＣＯと、放熱器圧力センサ４７が検出する放熱器４の冷媒圧力（放熱器圧力ＰＣＩ。冷媒回路Ｒの高圧圧力）に基づいて圧縮機２の回転数を制御すると共に、放熱器温度センサ４６が検出する放熱器４の温度（放熱器温度ＴＣＩ）及び放熱器圧力センサ４７が検出する放熱器圧力ＰＣＩに基づいて室外膨張弁６の弁開度を制御し、放熱器４の出口における冷媒の過冷却度を制御する。
前記目標ヒータ温度ＴＣＯは基本的にはＴＣＯ＝ＴＡＯとされるが、制御上の所定の制限が設けられる。また、放熱器４による暖房能力が不足する場合には補助ヒータ２３に通電して発熱させ、暖房能力を補完する。
また、空調コントローラ３２は電磁弁２２を開き、補助膨張弁７３も開いてその弁開度を制御する状態とする。これにより、放熱器４から出た冷媒の一部が分岐部Ｂ２で分流され、図１に白抜き矢印で示す如く、冷媒配管１３Ｆ（バイパス回路）を経て室内膨張弁８の冷媒上流側に至る。冷媒は次に分岐配管７２に入り、補助膨張弁７３で減圧された後、分岐配管７２を経て冷媒－熱媒体熱交換器６４（車両搭載機器用熱交換器）の冷媒流路６４Ｂに流入して蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路６４Ｂで蒸発した冷媒は、冷媒配管７４、冷媒配管１３Ｃ及びアキュムレータ１２を順次経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。
更に、空調コントローラ３２は熱媒体循環回路６１の循環ポンプ６２を運転する。これにより、循環ポンプ６２から吐出された熱媒体は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａに流入し、そこで前述した如く冷媒流路６４Ｂで蒸発する冷媒により吸熱される。熱媒体流路６４Ａで冷媒により冷却された熱媒体は、バッテリ５５に循環されて当該バッテリ５５と熱交換した後、循環ポンプ６２に吸い込まれる（実線矢印）。これにより、バッテリ５５からは廃熱を回収すると共に、バッテリ５５自体は冷却される。熱媒体に回収された廃熱は冷媒－熱媒体熱交換器６４にて冷媒に汲み上げられ、放熱器４に搬送されて車室内の暖房に利用されることになる。
空調コントローラ３２は熱媒体出口温度センサ７７が検出する熱媒体温度Ｔｗと当該熱媒体温度Ｔｗの目標値である目標熱媒体温度ＴＷＯに基づき、熱媒体温度Ｔｗが目標熱媒体温度ＴＷＯになるように補助膨張弁７３の弁開度を制御する（全閉も含む）。尚、冷媒が冷媒－熱媒体熱交換器６４で吸熱する状態では、放熱器４における暖房能力が満足する限り、室外熱交換器７における外気からの吸熱を停止してもよい。その場合には、室外膨張弁６を全閉として室外熱交換器７への冷媒の流入を阻止することになる。尚、目標熱媒体温度ＴＷＯは、バッテリ５５の温度が適温となる所定の熱媒体温度Ｔｗであるものとする。
（２）除湿＋バッテリ冷却モード（第１の運転モード）
次に、図３を参照しながら本発明における第１の運転モードとしての除湿＋バッテリ冷却モードについて説明する。図３にはこの運転モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れ（破線矢印、白抜き矢印）を示している。除湿＋バッテリ冷却モードでは、空調コントローラ３２は室内膨張弁８を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とし、電磁弁２１と電磁弁２２を閉じる。そして、圧縮機２、及び、各送風機１５、２７を運転し、エアミックスダンパ２８は室内送風機２７から吹き出された空気が補助ヒータ２３及び放熱器４に通風される割合を調整する状態とする。
これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。放熱器４には空気流通路３内の空気が通風されるので、空気流通路３内の空気は放熱器４内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器４内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
放熱器４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｅを経て室外膨張弁６に至り、開き気味で制御される室外膨張弁６を経て室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機１５にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、分岐部Ｂ１（第１の分岐部）を経て室内膨張弁８に至る。室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出された空気中の水分が吸熱器９に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器９で蒸発した冷媒は冷媒配管１３Ｃ及び逆止弁２０を経てアキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて冷却され、除湿された空気は放熱器４を通過する過程でリヒート（再加熱：暖房時よりも放熱能力は低い）されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。
また、空調コントローラ３２は補助膨張弁７３を開いてその弁開度を制御する状態とする。これにより、室外熱交換器７を出て冷媒配管１３Ｂに流入した冷媒の一部が分岐部Ｂ１で分流され、図３に白抜き矢印で示す如く分岐配管７２に入り、補助膨張弁７３で減圧された後、分岐配管７２を経て冷媒－熱媒体熱交換器６４（車両搭載機器用熱交換器）の冷媒流路６４Ｂに流入して蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路６４Ｂで蒸発した冷媒は、冷媒配管７４、冷媒配管１３Ｃ及びアキュムレータ１２を順次経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。
更に、空調コントローラ３２は熱媒体循環回路６１の循環ポンプ６２を運転する。これにより、循環ポンプ６２から吐出された熱媒体は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａに流入し、そこで前述した如く冷媒流路６４Ｂで蒸発する冷媒により吸熱される。熱媒体流路６４Ａで冷媒により冷却された熱媒体は、バッテリ５５に循環されて当該バッテリ５５と熱交換した後、循環ポンプ６２に吸い込まれる（実線矢印）。これにより、バッテリ５５は冷却されることになる。
空調コントローラ３２は熱媒体出口温度センサ７７が検出する熱媒体温度Ｔｗとその目標値である目標熱媒体温度ＴＷＯに基づき、熱媒体温度Ｔｗを目標熱媒体温度ＴＷＯにするように圧縮機２の回転数を制御すると共に、放熱器圧力センサ４７が検出する放熱器圧力ＰＣＩ（冷媒回路Ｒの高圧圧力）と目標ヒータ温度ＴＣＯから算出される目標放熱器圧力ＰＣＯ（放熱器圧力ＰＣＩの目標値）に基づき、放熱器圧力ＰＣＩを目標放熱器圧力ＰＣＯにするように室外膨張弁６の弁開度を制御することで放熱器４による必要なリヒート量を得る。
また、空調コントローラ３２は吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度ＴＥＯに基づき、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯになるように室内膨張弁８の弁開度を制御する。そして、吸熱器温度Ｔｅ≦目標吸熱器温度ＴＥＯとなった場合、室内膨張弁８を全閉とする。尚、目標吸熱器温度ＴＥＯは吸熱器９において要求される冷房能力を満足できる所定の吸熱器温度Ｔｅであるものとする。
（３）冷房＋バッテリ冷却モード（第１の運転モード）
次に、冷房＋バッテリ冷却モードについて説明する。夏場等の高外気温時に実行されるこの冷房＋バッテリ冷却モードでは、空調コントローラ３２は上記除湿＋バッテリ冷却モードの状態において室外膨張弁６の弁開度を全開とする。尚、エアミックスダンパ２８は補助ヒータ２３及び放熱器４に空気が通風される割合を調整する状態とする。
これにより、同じく図３に破線矢印で示す如く圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。冷房＋バッテリ冷却モードでは、放熱器４には空気流通路３内の空気は殆ど通風されず、或いは、通風される場合にもその割合は小さくなる（冷房時のリヒートのみのため）。この放熱器４で冷房時のリヒート分の放熱を行った冷媒は、冷媒配管１３Ｅを経て室外膨張弁６に至る。このとき室外膨張弁６は全開とされているので冷媒はそのまま室外膨張弁６を経て冷媒配管１３Ｊを通過し、室外熱交換器７に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機１５にて通風される外気により空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、室内膨張弁８に至る。室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出された空気中の水分が吸熱器９に凝結して付着し、空気は冷却される。
吸熱器９で蒸発した冷媒は冷媒配管１３Ｃ及び逆止弁２０を経てアキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて冷却され、除湿された空気は吹出口２９から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。
また、空調コントローラ３２はこの冷房＋バッテリ冷却モードにおいても、補助膨張弁７３を開いてその弁開度を制御する状態とする。これにより、室外熱交換器７から出て冷媒配管１３Ｂに流入した冷媒の一部が分岐部Ｂ１で分流され、図３に白抜き矢印で示す如く、分岐配管７２に入り、補助膨張弁７３で減圧された後、分岐配管７２を経て冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに流入して蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路６４Ｂで蒸発した冷媒は、冷媒配管７４、冷媒配管１３Ｃ及びアキュムレータ１２を順次経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。
更に、空調コントローラ３２は熱媒体循環回路６１の循環ポンプ６２を運転する。これにより、循環ポンプ６２から吐出された熱媒体は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａに流入し、そこで前述した如く冷媒流路６４Ｂで蒸発する冷媒により吸熱される。熱媒体流路６４Ａで冷媒により冷却された熱媒体は、バッテリ５５に循環されて当該バッテリ５５と熱交換した後、循環ポンプ６２に吸い込まれる（実線矢印）。これにより、バッテリ５５は冷却されることになる。
空調コントローラ３２はこの運転モードでも熱媒体出口温度センサ７７が検出する熱媒体温度Ｔｗとその目標値である目標熱媒体温度ＴＷＯに基づき、熱媒体温度Ｔｗを目標熱媒体温度ＴＷＯにするように圧縮機２の回転数を制御すると共に、放熱器圧力センサ４７が検出する放熱器圧力ＰＣＩ（冷媒回路Ｒの高圧圧力）と目標ヒータ温度ＴＣＯから算出される目標放熱器圧力ＰＣＯ（放熱器圧力ＰＣＩの目標値）に基づき、放熱器圧力ＰＣＩを目標放熱器圧力ＰＣＯにするように室外膨張弁６の弁開度を制御することで放熱器４による必要なリヒート量を得る。
また、空調コントローラ３２は吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度ＴＥＯに基づき、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯになるように室内膨張弁８の弁開度を制御する。そして、吸熱器温度Ｔｅ≦目標吸熱器温度ＴＥＯとなった場合、室内膨張弁８を全閉とする。
（８）運転モードの切換制御
空調コントローラ３２は下記式（Ｉ）から前述した目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは、吹出口２９から車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
ＴＡＯ＝（Ｔｓｅｔ－Ｔｉｎ）×Ｋ＋Ｔｂａｌ（ｆ（Ｔｓｅｔ、ＳＵＮ、Ｔａｍ））
・・（Ｉ）
ここで、Ｔｓｅｔは空調操作部５３で設定された車室内の設定温度、Ｔｉｎは内気温度センサ３７が検出する車室内空気の温度、Ｋは係数、Ｔｂａｌは設定温度Ｔｓｅｔや、日射センサ５１が検出する日射量ＳＵＮ、外気温度センサ３３が検出する外気温度Ｔａｍから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度ＴＡＯは外気温度Ｔａｍが低い程高く、外気温度Ｔａｍが上昇するに伴って低下する。
そして、空調コントローラ３２は起動時には外気温度センサ３３が検出する外気温度Ｔａｍと目標吹出温度ＴＡＯとに基づいて上記各運転モードのうちの何れかを選択する。また、起動後は外気温度Ｔａｍや目標吹出温度ＴＡＯ等の環境や設定条件の変化に応じて前記各運転モードを選択し、切り換えていくものであるが、冷房＋バッテリ冷却モードや除湿＋バッテリ冷却モード（何れも第１の運転モード）から暖房＋バッテリ冷却モード（第２の運転モード）の切換については以下の如く行われる。
（８－１）第１の運転モード（冷房＋バッテリ冷却モード、除湿＋バッテリ冷却モード）から第２の運転モード（暖房＋バッテリ冷却モード）への切換制御
空調コントローラ３２は、図３の冷房＋バッテリ冷却モードや除湿＋バッテリ冷却モード（何れも第１の運転モード）を実行しているときに、吸熱器温度Ｔｅが低下し、例えば吸熱器温度Ｔｅ≦目標吸熱器温度ＴＥＯとなった場合、前述した如く室内膨張弁８を全閉として吸熱器９への冷媒の流入を阻止する。これは外気温度が低下した等のために、吸熱器９に冷媒を流す必要がなくなったためである。
このように室内膨張弁８を全閉とした状態でも、吸熱器温度Ｔｅが低下し、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯを下回り（吸熱器温度Ｔｅ＜目標吸熱器温度ＴＥＯ）、例えば、その状態が所定時間経過した場合（この所定時間は動作の安定性を確保するための所定の短い時間である）、空調コントローラ３２は運転モードを図１の暖房＋バッテリ冷却モードに移行させる。
これにより、冷房＋バッテリ冷却モードや除湿＋バッテリ冷却モードを実行しているときに、吸熱器９に冷媒を流す必要が無くなった状態では、暖房＋バッテリ冷却モードに移行して、車室内の暖房性能を向上させることができるようになる。また、冷房＋バッテリ冷却モードや除湿＋バッテリ冷却モードを継続させて補助ヒータ２３による補助暖房を行う必要が無くなるので、省エネルギーにも寄与することになる。
尚、冷房＋バッテリ冷却モードや除湿＋バッテリ冷却モードにおける運転制御は、前述した実施例に限らない。例えば、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度ＴＥＯで圧縮機２の運転を制御し、熱媒体温度Ｔｗと目標熱媒体温度ＴＷＯで補助膨張弁７３を制御する。そして、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯより低くなった場合（Ｔｅ＜ＴＥＯ）、室内膨張弁８を全閉とし、圧縮機２は熱媒体温度Ｔｗと目標熱媒体温度ＴＷＯで制御するというものにも本発明は有効である。
また、実施例では車両搭載機器としてバッテリ５５を採り上げたが、それに限らず、走行用の電動モータやそれを駆動するインバータ装置等にも本発明は有効である。更に、実施例では吸熱器用弁装置として全閉可能な電動膨張弁である室内膨張弁８を採用したが、それに限らず、機械式の膨張弁と電磁弁の組み合わせで構成してもよい。
更に、実施例で説明した空調コントローラ３２の構成、車両用空気調和装置１のヒートポンプ装置ＨＰや熱媒体循環回路６１の構成はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。
１ 車両用空気調和装置
２ 圧縮機
４ 放熱器
６ 室外膨張弁（室外熱交換器用弁装置）
７ 室外熱交換器
８ 室内膨張弁（吸熱器用弁装置）
９ 吸熱器
３２ 空調コントローラ（制御装置）
５５ バッテリ（車両搭載機器）
６１ 熱媒体循環回路
６２ 循環ポンプ
６４ 冷媒－熱媒体熱交換器（車両搭載機器用熱交換器）
６８ 熱媒体配管
７２ 分岐配管
７３ 補助膨張弁
Ｂ１ 分岐部（第１の分岐部）
Ｂ２ 分岐部（第２の分岐部）

Claims (8)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する放熱器と、
    車室外に設けられて前記冷媒を吸熱、又は、放熱させる室外熱交換器と、
    前記冷媒を吸熱させて前記車室内に供給する空気を冷却する吸熱器と、
    前記冷媒を吸熱させて車両搭載機器を冷却する車両搭載機器用熱交換器と、
    前記室外熱交換器への冷媒の流入を制御する室外熱交換器用弁装置と、
    前記吸熱器への冷媒の流入を制御する吸熱器用弁装置と、
    制御装置を備え、
    該制御装置により、少なくとも
    前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記放熱器、及び／又は、室外熱交換器にて放熱させ、前記吸熱器及び前記車両搭載機器用熱交換器にて吸熱させることで、前記車室内の冷房と前記車両搭載機器の冷却を行う第１の運転モードと、
    前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記放熱器にて放熱させ、前記室外熱交換器、及び／又は、前記車両搭載機器用熱交換器にて吸熱させることで、前記車室内の暖房と前記車両搭載機器の冷却を行う第２の運転モードを実行可能とされた車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は、前記第１の運転モードを実行しているときに、前記吸熱器用弁装置により前記吸熱器への冷媒の流入を阻止しても、前記吸熱器の温度がその目標値を下回る場合、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 前記制御装置は、前記第１の運転モードにおいては、前記車両搭載機器の温度を示す指標に基づいて前記圧縮機の運転を制御し、前記吸熱器の温度に基づいて前記吸熱器用弁装置を制御すると共に、
    前記第１の運転モードを実行しているときに、前記吸熱器用弁装置により前記吸熱器への冷媒の流入を阻止する状態となっても、前記吸熱器の温度がその目標値を下回る場合、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
  3. 前記吸熱器及び前記車両搭載機器用熱交換器は、前記室外熱交換器の冷媒出口側に位置する第１の分岐部の冷媒下流側で並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和装置。
  4. 前記放熱器の冷媒出口側に位置する第２の分岐部から分岐し、前記室外熱交換器をバイパスして前記第１の分岐部に連通されたバイパス回路と、該バイパス回路への冷媒の流入を制御するバイパス回路用弁装置を備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両用空気調和装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記第１の運転モードにおいて、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記室外熱交換器用弁装置、前記室外熱交換器、前記第１の分岐部、前記吸熱器用弁装置、前記吸熱器の順で流し、前記第１の分岐部で前記冷媒を分流させて前記車両搭載機器用熱交換器に流すと共に、
    前記第２の運転モードにおいては、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記放熱器、前記第２の分岐部、前記室外熱交換器用弁装置、前記室外熱交換器の順で流し、前記第２の分岐部から前記冷媒を前記バイパス回路に分流させて前記車両搭載機器用熱交換器に流すことを特徴とする請求項４に記載の車両用空気調和装置。
  6. 前記室外熱交換器用弁装置は、全閉可能な電動膨張弁であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  7. 前記吸熱器用弁装置は、全閉可能な電動膨張弁、又は、膨張弁と電磁弁の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  8. 前記車両搭載機器用熱交換器に流入する冷媒を減圧させる補助膨張弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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