WO2015098049A1 - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

　車両用空調装置は、第１水冷媒熱交換器と、第２水冷媒熱交換器と、第１流量調整部とを有する。第１水冷媒熱交換器は、ヒートポンプの低温低圧の冷媒と、エンジン冷却液通路を流れるエンジン冷却液とを互いに熱交換させて冷媒を気化させる。第２水冷媒熱交換器は、高温高圧の冷媒とエンジン冷却液とを互いに熱交換させて冷媒を凝縮させる。第１流量調整部は、第１水冷媒熱交換器につながる流路へ流すエンジン冷却液の流量と、第１水冷媒熱交換器をバイパスする流路へ流すエンジン冷却液の流量とを調整可能である。　上記構成により、吐出圧力の上昇を抑制し、コンプレッサがオン（ＯＮ）制御となる割合を増加させることができ、暖房性能を向上させることができる。

Description

車両用空調装置

　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ができる車両用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１０－７６８３７号公報

　本発明は、コンプレッサの吐出圧力の上昇を抑制し、暖房性能を向上できる車両用空調装置を提供する。

　本発明の一態様に係る車両用空調装置は、第１水冷媒熱交換器と、第２水冷媒熱交換器と、第１流量調整部とを有する。第１水冷媒熱交換器は、ヒートポンプの低温低圧の冷媒と、エンジン冷却液通路を流れるエンジン冷却液とを互いに熱交換させて冷媒を気化させる。第２水冷媒熱交換器は、ヒートポンプの高温高圧の冷媒と、エンジン冷却液とを互いに熱交換させて冷媒を凝縮させる。第１流量調整部は、第１水冷媒熱交換器につながる流路へ流すエンジン冷却液の流量と、第１水冷媒熱交換器をバイパスする流路へ流すエンジン冷却液の流量とを調整可能である。

　本構成によれば、第１流量調整部によりエンジン冷却液をバイパス可能とすることで第１水冷媒熱交換器に流れるエンジン冷却液が減少し、第１水冷媒熱交換器におけるエンジン冷却液と冷媒との熱交換率が低下する。この結果、冷媒の圧力が低下し、コンプレッサの吐出圧力の上昇も抑制される。吐出圧力の上昇抑制により、コンプレッサのオフ（ＯＦＦ）制御の割合を低下させることができる。すなわち、コンプレッサがオン（ＯＮ）制御となる割合を増加させることができる。以上により、暖房性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態による車両用空調装置を示す構成図 図１に示す車両用空調装置における冷房モードの動作を説明する図 図１に示す車両用空調装置におけるヒートポンプ式暖房モードの動作を説明する図 図１に示す車両用空調装置におけるエアコンＥＣＵおよび周辺構成を示すブロック図 図４に示したエアコンＥＣＵの動作を説明するフローチャート 本発明の実施の形態による車両用空調装置の変形例１を説明する図 本発明の実施の形態による車両用空調装置の変形例２を説明する図 本発明の実施の形態による車両用空調装置の変形例３を説明する図 本発明の実施の形態による車両用空調装置の変形例４を説明するフローチャート

　本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の車両用空調装置における課題を説明する。従来の車両用空調装置では、コンプレッサが吐出する冷媒の圧力（吐出圧力）が所定の圧力まで上昇した場合、コンプレッサがＯＦＦになるよう制御される。この制御により、吐出圧力の上昇が抑制され、コンプレッサが保護される。なお、エンジン冷却液の温度と、コンプレッサの吐出圧力との間には相関性がある。すなわち、エンジン冷却液の温度が高くなるほど、コンプレッサの吐出圧力は上昇する。したがって、特許文献１の車両用空調装置では、冷却液が高温になるにつれコンプレッサの吐出圧力が上昇し、コンプレッサをＯＦＦに制御する必要がある。この結果、コンプレッサの停止により暖房性能に限界が発生してしまう。

　以下、本発明の各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の車両用空調装置１を示す構成図である。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。

　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、三方弁１８（第１流量調整部に相当）、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、又は、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（エンジン冷却液通路１９）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。

　エンジン冷却液は、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。

　エンジン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、装置のコストの低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。エンジン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、エンジン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、加熱されたエンジン冷却液が供給され、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、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、冷房運転時または除湿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。

　第２膨張部に相当する膨張弁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してもよい。

　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。

　室外コンデンサ３９を通過した冷媒は、膨張弁３７を介してエバポレータ４８へ導入される。

　エンジン冷却部４０から導出されたエンジン冷却液は、エンジン冷却液通路１９を通過し構成ユニット１０へ導入される。構成ユニット１０を経由したエンジン冷却液は、ヒーターコア４４を経由して、三方弁１８へ導入される。

　三方弁１８は、ヒーターコア４４から導出されたエンジン冷却液通路１９を流れるエンジン冷却液を、後述する構成ユニット１０が備える第１水冷媒熱交換器１１につながる流路に流す状態と、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路に流す状態とを切り替える。

　三方弁１８は、第１水冷媒熱交換器１１に流すエンジン冷却液の流量と、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路へ流す流量とを調整可能である。例えば、エンジン冷却液の全量を、第１水冷媒熱交換器１１につながる流路へ流すこともできるし、エンジン冷却液の一部を第１水冷媒熱交換器１１に流しつつ、残りのエンジン冷却液を、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路へ流すこともできる。また、三方弁１８は、導入されたエンジン冷却液を全量、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路に流すことも可能である。

　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（第１切換部に相当）１３と、膨張弁１４（第１膨張部に相当）と、開閉弁１７（第１切換部に相当）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、膨張弁１４から低温低圧の冷媒が吐出されて、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、三方弁１８を介してヒーターコア４４に連通され、冷却液の送出口は、エンジン冷却液通路１９を介してエンジン冷却部４０の導入口に連通されている。

　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、エンジン冷却液の温度が低い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。冷却液の温度が低いとき、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、エンジン冷却液通路１９を介してエンジン冷却部４０の導出口に連通される。第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の送出口は、エンジン冷却液通路１９を介してヒーターコア４４の導入口に連通されている。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る。第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の送出口は、分岐配管を介して開閉弁１７と膨張弁１４とに連通されるとともに、分岐配管および開閉弁１３を介して室外コンデンサ３９に連通される。このように、第２水冷媒熱交換器１２から第１水冷媒熱交換器１１へ至る冷媒通路と、室外コンデンサ３９からエバポレータ４８へ至る冷媒通路とは異なる冷媒通路である。

　開閉弁１３、および、開閉弁１７は、例えば電気的な制御により、冷媒配管の開閉を切り替える弁である。開閉弁１３、および、開閉弁１７は例えば電磁弁である。開閉弁１３、および、開閉弁１７は第１切換部に相当し、第２水冷媒熱交換器１２から導出された冷媒を、エバポレータ４８および第１水冷媒熱交換器１１のうち、エバポレータ４８に流す状態と、第１水冷媒熱交換器１１に流す状態とに切り替える。

　開閉弁１３を開き開閉弁１７を閉じるとエバポレータ４８のみに冷媒を流す状態となる。また、開閉弁１７を開き、開閉弁１３を閉じると第１水冷媒熱交換器１１のみに冷媒を流す状態となる。

　膨張弁１４は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張させる膨張弁として機能する弁である。

　逆止弁１５は、コンプレッサ３８とエバポレータ４８との間に設けられ、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、かつ、開閉弁１７が開かれ、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。

　次に、車両用空調装置１の動作について説明する。

　車両用空調装置１では、温水式暖房モード、ヒートポンプ式暖房モード、温調モード、および、冷房モードなど、いくつかの動作モードに切り換えられて動作する。温水式暖房モードは、ヒートポンプを作動させずに車室内を暖房するモードである。ヒートポンプ式暖房モードは、ヒートポンプを作動させて車室内を暖房するモードである。冷房モードはヒートポンプの作用により車室内を冷房するモードである。また、低温冷媒による空気の冷却および除湿と高温の冷却液による空気の加熱とを適宜合わせて空気の温度および湿度の調整を行う温調モードも選択できる。まず、冷房モードを説明する。

　［冷房モード］
　図２は、冷房モードの動作を説明する図である。冷房モードでは、開閉弁１３が開、開閉弁１７が閉に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは、全閉される。

　コンプレッサ３８が作動することで、冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２、室外コンデンサ３９、膨張弁３７、エバポレータ４８、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。

　冷房モードでは、ヒーターコア４４から導出されたエンジン冷却液通路１９を流れるエンジン冷却液が第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする状態となるように、三方弁１８（第１流量調整部）を切り替える。

　ここで、図２に示す三方弁１８にて、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路へ流れるエンジン冷却液の流量を流量Ａと、第１水冷媒熱交換器１１へ導かれる流路へ流れるエンジン冷却液の流量を流量Ｂと記す。三方弁１８は、導入されたエンジン冷却液を流量Ａと流量Ｂとに任意に分配可能である。冷房モードでは、三方弁１８は、導入されたエンジン冷却液を全量、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路へ流すことが好ましい。すなわち、流量Ａを全量とし、流量Ｂ＝０とすることが好ましい。

　エンジン冷却液通路１９を流れるエンジン冷却液はバイパスされ、冷却されないため、比較的に温度は高くなる。冷却液の放熱は、主に、エンジン冷却部４０のラジエータで行われる。エンジンは非常に高温になるので、外気温が高くても、ラジエータによる放熱により適宜な冷却を行うことができる。ここで、冷却液を流す構成は、ラジエータ側に冷却液を多く流して、ヒーターコア４４側の流れを低下させてもよい。

　このように第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の温度は高くなるため、第２水冷媒熱交換器１２おいて高温高圧冷媒の放熱量は大きくないが、高温高圧冷媒は続いて室外コンデンサ３９へ送られて、空気に放熱を行うことで凝縮する。

　凝縮された冷媒は、エバポレータ４８側へ送られて、先ず、膨張弁３７により膨張されて低温低圧冷媒となり、エバポレータ４８にて車室内への送風を冷却する。この熱交換により冷媒は気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ３８に吸引されて圧縮される。

　第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１を流れる冷却液は、高温となるが、ヒーターコア４４のドア４４ａの開度の調整により、車室内へ送られる吸気への放熱量は小さく調整される。

　このような動作により、車室内の十分な冷房を行うことができる。

　［ヒートポンプ式暖房モード］
　次に、ヒートポンプ式暖房モードについて説明する。図３は、ヒートポンプ式暖房モードの動作を説明する図である。ヒートポンプ式暖房モードは、冷媒を第１水冷媒熱交換器１１、および、第２水冷媒熱交換器１２の両者に流すモードである。ヒートポンプ式暖房モードでは、図３に示すように、開閉弁１３が閉、開閉弁１７が開に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは、開状態となる。

　コンプレッサ３８が作動することで、冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２、膨張弁１４、第１水冷媒熱交換器１１、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。

　ここで、コンプレッサ３８により圧縮された高温高圧冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２にて冷却液へ放熱して凝縮する。凝縮された冷媒は、膨張弁１４により膨張されて低温低圧冷媒となり、第１水冷媒熱交換器１１に送られる。低温低圧冷媒は、第１水冷媒熱交換器１１にて冷却液から熱を吸収して気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ３８に吸引されて圧縮される。

　エンジン冷却部４０から導出された冷却液は、第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１をこの順で循環的に流れ、エンジン冷却部４０へ戻る。

　ここで、エンジン冷却部４０でエンジンから熱を吸収した冷却液は、さらに第２水冷媒熱交換器１２で加熱されてヒーターコア４４に送られる。高温になった冷却液は、ヒーターコア４４で車室内へ送られる吸気を十分に加熱することができる。

　また、ヒートポンプ式暖房モードでは、ヒーターコア４４から導出されたエンジン冷却液通路１９を流れるエンジン冷却液は、三方弁１８にて、第１水冷媒熱交換器１１へ導かれる流路と、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路に流れる流路へ分配される。

　第１水冷媒熱交換器１１へ導かれる流路へ流れるエンジン冷却液は、第１水冷媒熱交換器１１にて冷媒に放熱を行って冷媒を気化させる。第１水冷媒熱交換器１１にて冷却されたエンジン冷却液は、エンジン冷却部４０へ送られてエンジンを十分に冷却することができる。

　ここで、図３に示す三方弁１８にて、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路に流れる流路へ流れるエンジン冷却液の流量を流量Ａと、第１水冷媒熱交換器１１へ導かれる流路へ流れるエンジン冷却液の流量を流量Ｂと記す。三方弁１８は、導入されたエンジン冷却液を全量、第１水冷媒熱交換器１１へ流す（流量Ａ＝０）こともできるし、一部をバイパス（流量Ａ≠０、かつ、流量Ｂ≠０）させることもできる。また、三方弁１８は、導入されたエンジン冷却液を全量、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路に流す（流量Ｂ＝０）ことも可能である。流量Ａは、後述するように、コンプレッサ３８の吐出冷媒圧力等に基づいて決定される。

　なお、ヒートポンプ式暖房モードでは、第１水冷媒熱交換器１１へ流すエンジン冷却液を、ゼロ（流量Ｂ＝０）にしないことが好ましい。第１水冷媒熱交換器１１にて、冷媒とエンジン冷却液との熱交換が行われなくなると、ヒートポンプのサイクルバランスが成立しなくなるからである。

　このような動作により、車室内の十分な暖房を行うことができる。

　［エアコンＥＣＵ周辺の機能構成］
　図４は、本発明の一実施の形態に係る車両用空調装置１におけるエアコンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２３（制御部に相当）およびその周辺構成を示すブロック図である。

　エアコンＥＣＵ２３は、図示しない上位のＥＣＵから、温水式暖房モード、ヒートポンプ式暖房モード、温調モード、および、冷房モードなどの動作モードを表す信号である、動作モード信号を受信する。なお、動作モード信号は、上位のＥＣＵから受信するのではなく、ユーザのエアコン制御スイッチの操作を直接、動作モード信号として受信してもよい。

　水温センサ２１（水温測定部に相当）は、エンジン冷却液通路１９の第２水冷媒熱交換器１２の導出口近傍に設置され、エンジン冷却液の温度を測定し、測定結果をエアコンＥＣＵ２３へ出力する。水温センサ２１は、エンジン冷却液通路１９の第２水冷媒熱交換器１２の導入口近傍に設置され、エンジン冷却液の温度を測定するようにしてもよい。また、冷媒圧力測定センサ２２（冷媒圧力測定部に相当）は、コンプレッサ３８が吐出した高温高圧の冷媒の圧力を測定し、測定結果をエアコンＥＣＵ２３へ出力する。

　なお、水温センサ２１および冷媒圧力測定センサ２２は、構成ユニット１０の内部に設けてもよいし、構成ユニット１０の外部に設けてもよい。また、エアコンＥＣＵ２３についても、構成ユニット１０の内部に設けてもよいし、構成ユニット１０の外部に設けてもよい。

　エアコンＥＣＵ２３は、動作モード信号、水温センサ２１および冷媒圧力測定センサ２２の測定結果に基づいて三方弁１８（第１流量調整部）を制御する。

　［エアコンＥＣＵの動作］
　次に、ヒートポンプ式暖房モードにおける、エアコンＥＣＵ２３の動作について説明する。図５は、動作モード信号が暖房モードを表す場合のエアコンＥＣＵ２３の動作を表すフローチャートである。

　図５において、エアコンＥＣＵ２３は、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）１にて、コンプレッサ３８の吐出冷媒圧力が所定の圧力以上か否かを判定する。吐出冷媒圧力が所定の圧力以上（ＳＴ１の判定結果がイエス（ＹＥＳ））の場合、エアコンＥＣＵ２３は、一部のエンジン冷却液をバイパスさせ、残りのエンジン冷却液を第１水冷媒熱交換器１１へ導入するように三方弁１８を制御する（ＳＴ２）。具体的には、エアコンＥＣＵ２３は、流量Ａ≠０、かつ、流量Ｂ≠０となるように制御する。

　ＳＴ２において、エアコンＥＣＵ２３は、バイパスさせずに第１水冷媒熱交換器１１へ流すエンジン冷却液の流量（流量Ｂ）がゼロとなるようには制御しないことが好ましい。第１水冷媒熱交換器１１にて、冷媒とエンジン冷却液との熱交換が行われなくなると、ヒートポンプのサイクルバランスが成立しなくなるからである。

　なお、エアコンＥＣＵ２３は、ＳＴ２において、流量Ａ≠０、かつ、流量Ｂ≠０となるように制御する際、吐出冷媒圧力が高くなるのに応じて流量Ａを増加させるように制御してもよい。バイパスするエンジン冷却液を増加させるほど、吐出冷媒圧力を低下させることができるからである。

　ＳＴ１の判定結果がノー（ＮＯ）の場合、すなわち、コンプレッサ３８の吐出冷媒圧力が所定の圧力未満の場合は、エアコンＥＣＵ２３は、エンジン冷却液をバイパスさせず、全量、第１水冷媒熱交換器１１へ流すように三方弁１８を制御する。具体的には、エアコンＥＣＵ２３は、流量Ａをゼロとし、三方弁１８に導入されたエンジン冷却液の全量を第１水冷媒熱交換器１１へ流すように（流量Ａ＝０）三方弁１８を制御する（ＳＴ３）。

　エアコンＥＣＵ２３は、処理が終了(図５のエンド)した後、処理を再びスタートに戻す。

　以上のように、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ３８が吐出した高温高圧の冷媒の圧力が所定の圧力以上であるとき、エアコンＥＣＵ２３は、エンジン冷却液が、第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする状態となるように三方弁１８（第１流量調整部）を切り替えるように制御する。

　以上のように、本実施の形態の車両用空調装置１は、エンジン冷却液をヒーターコア４４に流して暖房に利用する温水式ヒータの構成と、ヒートポンプの低温低圧冷媒を利用して冷房を行うヒートポンプ冷房装置の構成とを、基本構成としてあわせ持つ。そして、この基本構成に構成ユニット１０が追加されて、ヒートポンプを利用した車室内の暖房が可能な構成となっている。このような構成により、エンジンが低温なときでも、ヒートポンプの作用により、速やかに車室内の暖房を行うことが可能となる。

　本実施の形態によれば、三方弁１８（第１流量調整部）によりエンジン冷却液をバイパス可能とすることで第１水冷媒熱交換器１１に流れるエンジン冷却液が減少し、第１水冷媒熱交換器１１におけるエンジン冷却液と冷媒との熱交換率が低下する。この結果、冷媒の圧力が低下し、コンプレッサ３８の吐出圧力の上昇も抑制される。

　吐出圧力の上昇抑制により、コンプレッサ３８のＯＦＦ制御の割合を低下させることできる。すなわち、コンプレッサ３８がＯＮ制御となる割合を増加させることができる。以上により、本発明は、暖房性能を向上させることができる。

　以上、本発明の実施の形態について説明した。次に本発明の実施の形態による車両用空調装置の種々の変形例について説明する。

　［変形例１］
　第１流量調整部の変形例として、三方弁１８を採用するかわりに、図６に示すように、エンジン冷却液通路１９の第１水冷媒熱交換器１１をバイパスする流路に電磁弁２０を設けることで同等の機能を実現することも可能である。電磁弁２０の開度を上げると、流量Ａが増加し、これに伴い流量Ｂが減少する。このように、電磁弁２０により流量Ａおよび流量Ｂの流量が調整可能となる。

　［変形例２］
　また、第１流量調整部の他の変形例として、三方弁１８を採用するかわりに、図７に示すように、エンジン冷却液通路１９の第１水冷媒熱交換器１１に流入する流路にウォーターポンプ（ＷＰ）２４を設けることで同等の機能を実現することも可能である。ウォーターポンプ２４により、流量Ｂを増加させると、流量Ａが減少する。このように、ウォーターポンプ２４により流量Ａおよび流量Ｂの流量が調整可能となる。

　［変形例３］
　また、前述の実施の形態では、エンジン冷却部４０から導出されたエンジン冷却液は、第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１をこの順に経由してエンジン冷却部４０に導入されると記載したが、この順番でなくてもよい。

　図８は、第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１の順序を変更した変形例を説明する図である。図８では冷媒の流路は省略している。例えば、図８に示すように、エンジン冷却部４０から導出されたエンジン冷却液が、ヒーターコア４４、第１水冷媒熱交換器１１、および、第２水冷媒熱交換器１２をこの順に経由してエンジン冷却部４０に導入されるようにしてもよい。このように、ヒーターコア４４、第１水冷媒熱交換器１１、および、第２水冷媒熱交換器１２は順番を適宜入れ替えても前述の実施の形態と同様の効果が得られる。

　［変形例４］
　また、前述の実施の形態の図５では、コンプレッサ３８の吐出冷媒圧力に基づいて流量Ａ、流量Ｂを決定したが、これに替えて、図９に示すように水温センサ２１が検出した水温に基づいて流量Ａ、流量Ｂを決定してもよい。水温センサ２１が検出した水温は、コンプレッサ３８の吐出冷媒圧力と相関が高いからである。

　図９に示すように、ヒートポンプ式暖房モードにおいて、水温センサ２１が検出した水温が所定の温度以上であるとき（ＳＴ４でＹＥＳ）、エアコンＥＣＵ２３は、一部のエンジン冷却液をバイパスさせ、残りのエンジン冷却液を第１水冷媒熱交換器１１へ導入するように三方弁１８（第１流量調整部）を制御する（ＳＴ２）。具体的には、エアコンＥＣＵ２３は、流量Ａ≠０、かつ、流量Ｂ≠０となるように制御する。

　なお、ＳＴ２において、エアコンＥＣＵ２３は、バイパスさせずに第１水冷媒熱交換器１１へ流すエンジン冷却液の流量（流量Ｂ）がゼロとなるようには制御しないことが好ましい。第１水冷媒熱交換器１１にて、冷媒とエンジン冷却液との熱交換が行われなくなると、ヒートポンプのサイクルバランスが成立しなくなるからである。

　なお、エアコンＥＣＵ２３は、ＳＴ２において、流量Ａ≠０、かつ、流量Ｂ≠０となるように制御する際、水温センサ２１が検出した水温が高くなるのに応じて流量Ａを増加させるように制御してもよい。バイパスするエンジン冷却液を増加させるほど、吐出冷媒圧力を低下させることができるからである。

　また、第２水冷媒熱交換器１２を経由するエンジン冷却液の温度が所定の温度未満であるとき（ＳＴ４でＮＯ）、エアコンＥＣＵ２３は、エンジン冷却液をバイパスさせず、全量、第１水冷媒熱交換器１１へ流すように三方弁１８を制御する。具体的には、エアコンＥＣＵ２３は、流量Ａをゼロ（流量Ａ＝０）とし、三方弁１８に導入されたエンジン冷却液の全量を第１水冷媒熱交換器１１へ流すように三方弁１８を制御する（ＳＴ３）。

　［その他の変形例］
　また、前述の実施の形態では、三方弁１８を構成ユニット１０の外に設けた構成を例にとって説明したが、三方弁１８を構成ユニット１０の中に設けてもよい。

　また、前述の実施の形態では、第１流量調整部として、三方弁１８を採用した構成を例にとって説明した。しかしながら、三方弁１８の機能を冷媒配管の分岐部に配置された複数の開閉弁で実現することも可能である。

　また、前述の実施の形態では、第１切換部として、開閉弁１３と、開閉弁１７とを採用した構成を例にとって説明した。しかしながら、冷媒配管の分岐部に配置された三方弁で実現することも可能である。

　また、前述の実施の形態では、膨張弁１４と、開閉弁１７とを別構成として記載したが、これらを一体化した電磁弁付き膨張弁を用いることも可能である。電磁弁付き膨張弁は、電気的な制御により冷媒配管の開閉を切り替えられると共に、開としたときに膨張弁として機能する弁である。

　本発明は、エンジン車、電気自動車、或いは、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）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　　開閉弁（第１切換部）
１４　　膨張弁
１５　　逆止弁
１７　　開閉弁（第１切換部）
１８　　三方弁（第１流量調整部）
１９　　エンジン冷却液通路
２０　　電磁弁（第１流量調整部）
２１　　水温センサ（水温測定部）
２２　　冷媒圧力測定センサ（冷媒圧力測定部）
２３　　エアコンＥＣＵ（制御部）
２４　　ウォーターポンプ（第１流量調整部）
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
７０　　ＨＶＡＣ

Claims (10)

1. ヒートポンプの低温低圧の冷媒と、エンジン冷却液通路を流れるエンジン冷却液とを互いに熱交換させて前記冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、
   前記ヒートポンプの高温高圧の冷媒と、前記エンジン冷却液とを互いに熱交換させて前記冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、
   前記第１水冷媒熱交換器につながる流路へ流す前記エンジン冷却液の流量と、前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする流路へ流す前記エンジン冷却液の流量とを調整可能な第１流量調整部と、を具備する、
   車両用空調装置。
2. 前記第１流量調整部を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記ヒートポンプの冷媒を、前記第１水冷媒熱交換器、および、前記第２水冷媒熱交換器の両者に流すヒートポンプ式暖房モードにおいて、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサが吐出した前記高温高圧の冷媒の圧力が所定の圧力以上であるとき、前記エンジン冷却液が、前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする状態となるように前記第１流量調整部を切り替える、
   請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記制御部は、前記エンジン冷却液の一部が前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする状態となるように前記第１流量調整部を切り替える、
   請求項２記載の車両用空調装置。
4. 前記制御部は、前記コンプレッサが吐出した前記高温高圧の冷媒の圧力が所定の圧力以上であるとき、前記高温高圧の冷媒の圧力が高くなるのに応じて、前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする前記エンジン冷却液の流量を増加させるように前記第１流量調整部を切り替える、
   請求項３記載の車両用空調装置。
5. 前記第１流量調整部を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記ヒートポンプの冷媒を、前記第１水冷媒熱交換器、および、前記第２水冷媒熱交換器の両者に流すヒートポンプ式暖房モードにおいて、前記第２水冷媒熱交換器を経由する前記エンジン冷却液の温度が所定の温度以上であるとき、前記エンジン冷却液が、前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする状態となるように前記第１流量調整部を切り替える、
   請求項１記載の車両用空調装置。
6. 前記制御部は、前記エンジン冷却液の一部が前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする状態となるように前記第１流量調整部を切り替える、
   請求項５記載の車両用空調装置。
7. 前記制御部は、前記第２水冷媒熱交換器を経由する前記エンジン冷却液の温度が所定の温度以上であるとき、前記エンジン冷却液の温度が高くなるのに応じて、前記第１水冷媒熱交換器をバイパスする前記エンジン冷却液の流量を増加させるように前記第１流量調整部を切り替える、
   請求項６記載の車両用空調装置。
8. 前記低温低圧の冷媒と車室内へ送られる吸気との間で熱交換を行うエバポレータと、
   前記高温高圧の冷媒が流されて前記高温高圧の冷媒から外気へ熱を排出させるコンデンサと、をさらに具備し、
   前記第２水冷媒熱交換器から前記第１水冷媒熱交換器へ至る冷媒通路と、前記コンデンサから前記エバポレータへ至る冷媒通路とは異なる、
   請求項１～７の何れか一項に記載の車両用空調装置。
9. 前記冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   前記コンプレッサと前記エバポレータとの間の冷媒回路に配置された逆止弁と、をさらに具備した、
   請求項８記載の車両用空調装置。
10. 前記第２水冷媒熱交換器から送出された前記冷媒を膨張して前記第１水冷媒熱交換器へ送る第１膨張部と、
    前記コンデンサにより凝縮された前記冷媒を膨張して前記エバポレータへ吐出する第２膨張部と、をさらに具備した、
    請求項９記載の車両用空調装置。

Images