JP2012011929A - 車両用液体循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑えて省エネルギー性向上を図ることができる車両用液体循環システムを提供する。
【解決手段】車両用液体循環システム１Ａは、冷媒回路２と、ポンプ３１、冷媒水熱交換器２２、座席シート６１に設置した熱伝導により在席者へ伝熱する熱伝導パネル３２、乗降用ドア６２に設置した輻射により在席者へ伝熱する輻射パネル３３からなる水回路と、制御装置４を備える。暖房運転起動時、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が人体温度付近未満の場合、第１流量弁３４を閉、かつ第２流量弁を開として温水を循環させ、熱伝導パネル３２への送水を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却水を有しない電気自動車や空冷式内燃機関搭載車等の車室内の冷暖房に利用される車両用液体循環システムに関するものである。

従来より、電気自動車のようなエンジン冷却水からの排熱を利用して車室内の暖房ができない車両用の空気調和装置として、空気から熱を汲み上げるヒートポンプ技術を用いたものがある。

この技術は、圧縮機、冷媒水熱交換器、蒸発器を有する冷凍サイクルと、温水を循環させるポンプ、ダクト内に設置され、流入した温水によりダクト内を流れる空気を加熱する温水式加熱器を有する温水サイクルとを備えることにより、エンジン排熱を用いずに、ヒートポンプ技術により車室内の暖房を行うものである。例えば、特許文献１には、図７に示すような車両用空気調和装置１００が開示されている。

この車両用空気調和装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１１０と、温水を循環させる水回路１２０とを備えている。冷媒回路１１０は、圧縮機１１１、冷媒水熱交換器１１２、減圧手段１１３、および蒸発器１１４が配管により環状に接続されており、一方、水回路１２０は、ポンプ１２１、冷媒水熱交換器１１２、ダクト１３０内に設置された温水ヒータコア１２３が配管により環状に接続されている。

冷媒回路１１０における冷媒水熱交換器１１２にて高温高圧冷媒の凝縮熱によって加熱された温水が、ポンプ１２１によりダクト１３０内の温水ヒータコア１２３に搬送され、温水ヒータコア１２３では、送風機１４０の作用によりダクト１３０内を流れる空気と熱交換して空気を加熱する。その加熱された空気は、送風機１４０の作用により車室内へ吹き出され、車室内が暖房される。

このように空気熱源のヒートポンプ技術を用いることにより、エンジン排熱を使用せずに、車室内の暖房が可能になる車両用空気調和装置を提供することができる。

特許第３４７７８６８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、車室内での快適性と機器のエネルギー効率の観点で以下のような問題が生じる。つまり、前記従来の構成による暖房方式は、温水ヒータコア１２３内の温水と、ダクト１３０内を流れる空気とが熱交換することにより空気を加熱し、その空気を車室内に吹き出して車室内空間の暖房運転を行うという、いわゆる対流熱伝達を利用した暖房方式である。

一般的に、冷風感を与えないための吹き出し空気温度は最低約４０℃以上とされており、この吹き出し温度を確保するためには水温を約５０℃以上とする必要がある。ヒートポンプ熱源による対流熱伝達式暖房では、例えば、冬季の低外気温条件での暖房運転開始時、まず冷媒回路１１０側の凝縮圧力が上昇して、水回路１２０側にて温水ヒータコア１２３へ流入する水温が徐々に上昇する。そして、水温が略５０℃以上となった後に送風機を通常運転し、その後、車室内の空気温度が上昇して在席者の温熱感が上昇する。つまり、暖房運転開始後、車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、暖房起動時の快適性が低いという問題があった。

また、前記従来の構成では、水温を約５０℃以上にするため冷媒回路１１０の凝縮圧力を高くする必要があり、圧縮比が上昇してエネルギー効率の悪い状態で運転することとなり、省エネルギー性面でも問題があった。

さらに、前記従来の構成の冷媒回路１１０において、冷媒を逆方向に流動させることにより、冷房運転が可能になるが、この場合も暖房運転と同様、運転開始時後に車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、冷房起動時の快適性が低いという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑み、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる車両用液体循環システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の車両用液体循環システムは、水回路において、冷媒水熱交換器と直列に接続された第１熱交換手段、第１熱交換手段と並列に接続された第２熱交換手段を備え、第１熱交換手段は座席シートに設置され、熱伝導により伝熱するとともに、第２熱交換手段は車室内に面した乗降用ドア、天井、床のいずれかに設置され、輻射により伝熱するものである。

これによって、第１熱交換手段における熱が、座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、暖房運転開始時は水温が上昇（冷房運転時は水温が低下）すればすぐに温熱感を得ることができる。また、第１熱交換手段および第２熱交換手段は、熱伝導や輻射を利用するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的低い水温の温水（冷房運転時は比較的高い水温の冷水）で在席者に同等の温熱感を与えることが可能であるため、冷媒回路の凝縮圧力を低下（冷房運転時は蒸発圧力を上昇）せしめることができる。

本発明の車両用液体循環システムは、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１における車両用液体循環システムの概略構成図 本発明の実施の形態１における熱伝導パネルの座席シート組込み概略図 本発明の実施の形態１における輻射パネルの乗降用ドア組込み概略図 本発明の実施の形態１における制御装置が行う暖房制御のフローチャート 本発明の実施の形態２における車両用液体循環システムの概略構成図 本発明の実施の形態２における制御装置が行う暖房制御のフローチャート 従来の車両用空気調和装置の概略構成図

第１の発明は、圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、冷媒水熱交換器と直列に接続された第１熱交換手段、第１熱交換手段と並列に接続された第２熱交換手段を有する水回路と、制御手段とを備え、第１熱交換手段は座席シートに設置され、熱伝導により伝熱するとともに、第２熱交換手段は車室内に面した乗降用ドア、天井、床のいずれかに設置され、輻射により伝熱することにより、第１熱交換手段における熱が座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、暖房運転開始時は水温が上昇（冷房運転時は水温が低下）すればすぐに温熱感（冷温感）を得ることができ、快適性が向上する。また、第１熱交換手段および第２熱交換手段は、熱伝導や輻射を利用するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的低い水温の温水（冷房運転時は比較的高い水温の冷水）で在席者に同等の温熱感（冷温感）を与えることが可能であるため、冷媒回路の凝縮圧力を低下（冷房運転時は蒸発圧力を上昇）せしめることができ、エネルギー効率が向上する。

第２の発明は、特に、第１の発明において、第１熱交換手段を流れる水流量を調整する第１流量調整手段、第２熱交換手段を流れる水流量を調整する第２流量調整手段を配設したことにより、第１熱交換手段、第２熱交換手段への水流量を個別に調整することができる。したがって、車両用液体循環システムの起動時・安定時等の冷暖房負荷の違い、車室内在席者数の違い、車室内在席者の快適感覚の違い等に応じた冷暖房運転が可能になり、在席者の快適性の向上とエネルギー効率の向上が可能となる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、暖房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第１所定温度未満の場合に、第１流量調整手段により第１熱交換手段に水が流れることを防止することにより、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、在席者が温熱感を得ることができる第１所定温度に上昇するまでの間は、第１熱交換手段に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい第２熱交換手段に水を循環させることができる。したがって、暖房開始時における第１熱交換手段から在席者への熱伝導による冷温感を抑制することができ、快適性が向上する。

第４の発明は、特に、第２または第３の発明において、暖房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第１所定温度以上で、かつ、第２所定温度以下の場合に、第１流量調整手段により第１熱交換手段に水を流入させることにより、在席者が適正な温熱感を得ることができる水温の範囲で第１熱交換手段に送水するこができる。したがって、座席シート等を介した熱伝導により比較的低い水温の温水で在席者を局所的に暖めることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。

第５の発明は、特に、第２〜４のいずれか１つの発明において、暖房運転時に、車室内の空気温度が、第３所定温度超の場合に、第２流量調整手段により第２熱交換手段に水が流れることを防止することにより、車室内の温度が過度に上昇した場合に第２熱交換手段への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。

第６の発明は、特に、第２〜５のいずれか１つの発明において、冷房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第４所定温度超の場合に、第１流量調整手段により第１熱交換手段に水が流れることを防止することにより、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、在席者が冷温感を得ることができる第４所定温度に低下するまでの間は、第１熱交換手段に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい第２熱交換手段に水を循環させることができる。したがって、冷房開始時における第１熱交換手段から在席者への熱伝導による温熱感を抑制することができ、快適性が向上する。

第７の発明は、特に、第２〜６のいずれか１つの発明において、冷房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第４所定温度以下で、かつ、第５所定温度以上の場合に、第１流量調整手段により第１熱交換手段に水を流入させることにより、在席者が適正な冷温感を得ることができる水温の範囲で第１熱交換手段に送水するこができる。したがって、座席シート等を介した熱伝導により比較的高い水温の冷水で在席者を局所的に冷却することができ、快適性と省エネルギー性が向上する。

第８の発明は、特に、第２〜７のいずれか１つの発明において、冷房運転時に、車室内の空気温度が、第６所定温度未満の場合に、第２流量調整手段により第２熱交換手段に水が流れることを防止することにより、車室内の温度が過度に低下した場合に第２熱交換手段への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。

第９の発明は、特に、第３〜８のいずれか１つの発明の第２所定温度、第３所定温度、第５所定温度、第６所定温度のうち少なくとも１つは、搭乗者により任意に設定されることにより、車室内在席者の快適感覚の違いに応じた冷暖房運転が可能になり、さらに快適性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における車両用液体循環システムの概略構成図を示すものである。

図１において、車両用液体循環システム１Ａは、冷媒を循環させる冷媒回路２と、冷媒回路２が熱源となって生成される温水を循環させる水回路３と、制御装置４とを備えている。

冷媒回路２は、冷媒を圧縮する圧縮機２１、冷媒と水とを熱交換させる冷媒水熱交換器２２、高圧冷媒を膨張させる膨張手段である膨張弁２３、および冷媒空気熱交換器２４が配管により接続されて構成されている。本実施の形態では、冷媒回路２には、暖房運転から冷房運転、あるいは暖房運転から除霜運転へ切り換えるための四方弁２５が設けられている。

また、冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、またはフロン冷媒系または自然冷媒系の単一冷媒等を用いることができる。

一方、水回路３は、温水を循環させる循環手段であるポンプ３１、冷媒と水とを熱交換させる冷媒水熱交換器２２、温水の熱を熱伝導により車室内の在席者に伝熱する第１熱交換手段である熱伝導パネル３２、温水の熱を輻射により車室内の在席者に伝熱する第２熱交換手段である輻射パネル３３、熱伝導パネル３２への水流量を調整する第１流量調整手段である第１流量弁３４、輻射パネル３３への水流量を調整する第２流量調整手段である第２流量弁３５が配管により接続されて構成されている。

熱伝導パネル３２は冷媒水熱交換器２２の下流側に直列に接続されており、輻射パネル３３は、熱伝導パネル３２に対して並列に接続されている。熱伝導パネル３２と輻射パネル３３とに水を分岐する配管分岐部と熱伝導パネル３２の間には第１流量弁３４が、配管分岐部と輻射パネル３３の間には第２流量弁３５がそれぞれ配置されている。配管分岐部、第１流量弁３４、第２流量弁３５はそれぞれ、車室６外に設けられている。

また、熱伝導パネル３２は、図２のように座席シート６１内部の搭乗者が車室６内で常時接触する場所に配置し、輻射パネル３３は、図３のように乗降用ドア６２内面や車室６内の天井内面のように在席者から比較的近い場所に配置しており、在席者に効率よく伝熱できるものである。

なお、水回路３に使用する水としては、例えば、市水等のほか、不凍液、ブライン等を用いることができる。

水回路３の冷媒水熱交換器２２出口と配管分岐部の間には、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度（出水温度）Ｔｗを検出する第１温度センサ５１が設けられている。また、車室６内には、車室６内の空気温度（室内温度）Ｔａを検出する第２温度センサ５２が設けられている。

制御手段である制御装置４には、車室６内に温度設定部４ａが設けられている。温度設定部４ａにより、搭乗者は、暖房運転時における目標水温Ｔｗ２および車室６内の目標空気温度Ｔａ１、冷房運転時における目標水温Ｔｗ４および車室６内の目標空気温度Ｔａ２が設定可能になっている。制御装置４は、第１温度センサ５１、第２温度センサ５２、第１流量弁３４、第２流量弁３５と信号線で接続されている。制御装置４は、温度設定部４ａで設定される温度設定値や第１温度センサ５１、第２温度センサ５２が検出した検出値に基づいて、第１流量弁３４、第２流量弁３５の開度を制御する。

以上のように構成された車両用液体循環システムは、四方弁２５を切り換えることで、熱伝導パネル３２および輻射パネル３３へ温水を搬送する暖房運転と、熱伝導パネル３２および輻射パネル３３へ冷水を搬送する冷房運転を行うことができる。以下、暖房運転における冷媒および循環水の状態変化を説明する。

本実施形態の車両用液体循環システム１Ａでは、冷媒回路２の加熱運転により生成された温水を、水回路３における熱伝導パネル３２および輻射パネル３３へ搬送して車室６内の暖房に利用する暖房運転の動作を示している。図１では、暖房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印、水の流れ方向を破線矢印で示している。

まず、冷媒回路２において、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒は、四方弁２５により冷媒水熱交換器２２に流入する方向に切り換えられ、冷媒水熱交換器２２に流入し、凝縮器として作用する冷媒水熱交換器２２を通過する水に放熱する。冷媒水熱交換器２２から流出した高圧冷媒は、膨張弁２３によって減圧されて膨張し低圧冷媒となり、冷媒空気熱交換器２４に流入する。蒸発器として作用する冷媒空気熱交換器２４に流入した低圧冷媒は、ここで空気から吸熱して圧縮機２１に流入する。

一方、水回路３において、ポンプ３１から吐出された水は、冷媒水熱交換器２２の水側流路にて、冷媒水熱交換器２２の冷媒側流路を通過する高温高圧の冷媒と熱交換して加熱され温水となる。冷媒水熱交換器２２から流出した温水は、配管分岐部にて熱伝導パネル３２側と輻射パネル３３側に分流される。分流された温水は、それぞれ第１流量弁３４と第２流量弁３５で流量調整された後、熱伝導パネル３２と輻射パネル３３で放熱する。そして、放熱により温度低下した温水は合流し、ポンプ３１に戻る。

次に、暖房運転時の制御装置４の制御を、図４に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置４は、冷媒回路２による加熱運転を開始する（ステップＳ１）。次に、暖房運転開始直後は水温が低いことが考えられるので、第１流量弁３４を全閉し、第２流量弁３５を開く（ステップＳ２）。その後、ポンプ３１を運転する（ステップＳ３）。

そして、第１温度センサ５１で出水温度Ｔｗを検出するとともに、第２温度センサ５２で室内温度Ｔａを検出する（ステップＳ４）。その後、制御装置４は、出水温度Ｔｗと、熱伝導パネル３２の使用開始温度として予め設定された第１所定温度Ｔｗ１との大小関係を比較判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、出水温度Ｔｗ＜第１所定温度Ｔｗ１の場合、水温が十分上昇していないためステップＳ４に戻り、ステップＳ２の第１流量弁３４全閉、第２流量弁開の状態を維持して、熱伝導パネル３２への温水流入を遮断し、冷水が流れることによる在席者の冷温感を防止する。

一方、ステップＳ５において、出水温度Ｔｗ≧第１所定温度Ｔｗ１の場合、在席者に十分な温熱感と快適性を与えることができる水温であるので、第１流量弁３４を開き（ステップＳ６）、熱伝導パネル３２による暖房運転を行う。

その後、出水温度Ｔｗと、温度設定部４ａで設定された第２所定温度である目標水温Ｔｗ２との大小関係を比較判定する（ステップＳ７）。ここで、第１所定温度Ｔｗ１は目標水温Ｔｗ２より低い温度に設定されていることが望ましい。

ステップＳ７において、出水温度Ｔｗ≦目標水温Ｔｗ２の場合、水温が適温であるので、熱伝導パネル３２による暖房運転を継続し、ステップ９に移行する。

一方、ステップＳ７において、出水温度Ｔｗ＞目標水温Ｔｗ２の場合、水温が過度に上昇しているので、第１流量弁３４を全閉にして（ステップＳ８）、熱伝導パネル３２への温水流入を遮断し、高温水が流れることによる在席者の不快感を防止する。

次に、制御装置４は、室内温度Ｔａと、温度設定部４ａで設定された第３所定温度である目標空気温度Ｔａ１との大小関係を比較判定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９において、室内温度Ｔａ≦目標空気温度Ｔａ１の場合、車室内の空気温度が十分上昇していないか、目標温度付近であるため、第２流量弁３５を開にして（ステップＳ１０）、輻射パネル３３による暖房を継続する。

一方、ステップＳ９において、室内温度Ｔａ＞目標空気温度Ｔａ１の場合、車室内の空気温度が過度に上昇しているので、第２流量弁３５を全閉にして（ステップＳ１１）、輻射パネル３３への温水流入を遮断し、在席者の不快感を防止する。

そして、第１流量弁３４と第２流量弁３５の両方が全閉しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップ１２において、第１流量弁３４と第２流量弁３５の少なくとも１つが開状態の場合、暖房負荷が十分にあり運転を継続する必要があると判断し、ステップ４へ戻る。

一方、ステップ１２において、第１流量弁３４と第２流量弁３５の両方が全閉の場合、暖房負荷が小さくなり運転を継続する必要がないと判断し、冷媒回路２の圧縮機２１などの運転およびポンプ３１の運転を停止する（ステップ１３）。

以上のように、本実施の形態においては、水回路３において、熱伝導により伝熱する熱伝導パネル３２と、熱伝導パネル３２に対して並列に接続され輻射により伝熱する輻射パネル３３とを接続し、熱伝導パネル３２と輻射パネル３３へのそれぞれの水流量を調整する第１流量弁３４と第２流量弁３５とを配設するとともに、熱伝導パネル３２は、座席シート６１に、輻射パネル３３は乗降用ドア６２に設置することにより、熱伝導パネル３２における熱が座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、暖房運転開始時は、送風によるドラフト感もなく、水温が上昇すればすぐに温熱感を得ることができ、快適性が向上する。

また、熱伝導パネル３２および輻射パネル３３は、熱伝導や輻射を利用し、在席者の近傍から伝熱するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的低い水温の温水で、在席者に同等の温熱感を与えることが可能であるため、冷媒回路２の凝縮圧力を低下せしめることができ、エネルギー効率が向上する。

また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度Ｔｗが、第１所定温度Ｔｗ１未満の場合、第１流量弁３４を閉とし、かつ、第２流量弁３５を開とすることにより、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度Ｔｗが、在席者が温熱感を得ることができる第１所定温度Ｔｗ１に上昇するまでの間は、熱伝導パネル３２に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい輻射パネル３３に水を循環させることができる。したがって、暖房開始時における熱伝導パネル３２から在席者への熱伝導による冷温感を抑制することができ、快適性が向上する。

また、本実施の形態では、在席者が温熱感を得ることができる第１所定温度Ｔｗ１に上昇するまでの間でも、第２流量弁３５を開とすることにより、輻射パネル３３への送水することができる。つまり、在席者に冷熱感を与えるために熱伝導パネル３２を使用できない場合でも、輻射パネル３３を使用することで、短時間に在席者に温熱感を与えることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。

また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度Ｔｗが、第１所定温度Ｔｗ１以上で、かつ、目標水温Ｔｗ２以下の場合、第１流量弁３４を開とすることにより、在席者が適正な温熱感を得ることができる水温の範囲で、熱伝導パネル３２に送水するこができる。したがって、座席シート６１を介した熱伝導により比較的低い水温の温水で在席者を局所的に暖めることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。

また、本実施の形態では、車室６内の空気温度Ｔａが、目標空気温度Ｔａ１を超えた場合に、第２流量弁３５を閉とすることにより、車室６内の温度が過度に上昇した場合に、輻射パネル３３への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。

また、本実施の形態では、目標水温Ｔｗ２および目標空気温度Ｔａ１が、温度設定部４ａにおいて、搭乗者が任意に設定できることにより、車室６内在席者の快適感覚の違いに応じた暖房運転が可能になり、さらに快適性が向上する。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における冷房運転を行う車両用液体循環システムを示すものである。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一構成であり、同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態では、冷媒回路２において冷却運転を行うこと、および水回路３における第１流量弁３４、第２流量弁３５の制御方法について第１の実施の形態と異なる。

以下、冷房運転における冷媒および循環水の状態変化を説明する。

本実施の形態の車両用液体循環システム１Ａでは、冷媒回路２の冷却運転により生成された冷水を、水回路３における熱伝導パネル３２および輻射パネル３３へ搬送して車室内の冷房に利用する冷房運転の動作を示している。図５では、冷房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印、水の流れ方向を破線矢印で示している。

まず、冷媒回路２において、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒は、四方弁２５により冷媒空気熱交換器２４に流入する方向に切り換えられ、凝縮器として作用する冷媒空気熱交換器２４において、空気側を流動する空気と熱交換して液化凝縮する。冷媒空気熱交換器２４から流出した高圧冷媒は、膨張弁２３によって減圧されて膨張した後に低温低圧となり、冷媒水熱交換器２２に流入する。蒸発器として作用する冷媒水熱交換器２２に流入した低温低圧の冷媒は、冷媒水熱交換器２２の冷媒側流路において、冷媒水熱交換器２２の水側流路を通過する水と熱交換し吸熱して圧縮機２１に流入する。

一方、水回路３において、ポンプ３１から吐出された水は、冷媒水熱交換器２２の冷媒側流路を通過する低温低圧の冷媒と熱交換して冷却され冷水となる。冷媒水熱交換器２２の水側流路から流出した冷水は、配管分岐部にて熱伝導パネル３２側と輻射パネル側に分流される。分流された冷水は、それぞれ第１流量弁３４と第２流量弁３５で流量調整された後、熱伝導パネルと輻射パネルで吸熱する。そして、吸熱により温度上昇した水は合流し、ポンプ３１に戻る。

次に、冷房運転時の制御装置４の制御を、図６に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置４は、冷媒回路２による冷却運転を開始する（ステップＳ２１）。次に、冷房運転開始直後は水温が高いことが考えられるので、第１流量弁３４を全閉し、第２流量弁３５を開く（ステップＳ２２）。その後、ポンプ３１を運転する（ステップＳ２３）。

そして、第１温度センサ５１で出水温度Ｔｗを検出するとともに、第２温度センサ５２で室内温度Ｔａを検出する（ステップＳ２４）。その後、制御装置４は、出水温度Ｔｗと、熱伝導パネル３２の使用開始温度として予め設定された第４所定温度Ｔｗ３との大小関係を比較判定する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２５において、出水温度Ｔｗ＞第４所定温度Ｔｗ３の場合、水温が十分低下していないためステップＳ２４に戻り、ステップＳ２２の第１流量弁３４全閉、第２流量弁３５開の状態を維持して、熱伝導パネル３２への温水流入を遮断し、温水が流れることによる在席者の温熱感を防止する。

一方、ステップＳ２５において、出水温度Ｔｗ≦第４所定温度Ｔｗ３の場合、在席者に十分な冷温感と快適性を与えることができる水温であるので、第１流量弁３４を開き（ステップＳ２６）、熱伝導パネル３２による冷房運転を行う。

その後、出水温度Ｔｗと、温度設定部４ａで設定された第５所定温度である目標水温Ｔｗ４との大小関係を比較判定する（ステップＳ２７）。ここで、第１所定温度Ｔｗ１は目標水温Ｔｗ４より高い温度に設定されていることが望ましい。

ステップＳ２７において、出水温度Ｔｗ≧目標水温Ｔｗ４の場合、水温が適温であるので、熱伝導パネル３２による冷房運転を継続し、ステップ２９に移行する。

一方、ステップＳ２７において、出水温度Ｔｗ＜目標水温Ｔｗ４の場合、水温が過度に低下しているので、第１流量弁３４を全閉にして（ステップＳ２８）、熱伝導パネル３２への冷水流入を遮断し、低温の冷水が流れることによる在席者の不快感を防止する。

次に、制御装置４は、室内温度Ｔａと、温度設定部４ａで設定された第６所定温度である目標空気温度Ｔａ２との大小関係を比較判定する（ステップＳ２９）。

ステップＳ２９において、室内温度Ｔａ≧目標空気温度Ｔａ２の場合、車室内の空気温度が十分低下していないか、目標温度付近であるため、第２流量弁３５を開にして（ステップＳ３０）、輻射パネル３３による冷房を継続する。

一方、ステップＳ２９において、室内温度Ｔａ＜目標空気温度Ｔａ２の場合、車室内の空気温度が過度に低下しているので、第２流量弁３５を全閉にして（ステップＳ３１）、輻射パネル３３への冷水流入を遮断し、在席者の不快感を防止する。

そして、第１流量弁３４と第２流量弁３５の両方が全閉しているか否かを判定する（ステップＳ３２）。

ステップ３２において、第１流量弁３４と第２流量弁３５の少なくとも１つが開状態の場合、冷房負荷が十分にあり運転を継続する必要があると判断し、ステップ２４へ戻る。

一方、ステップ３２において、第１流量弁３４と第２流量弁３５の両方が全閉の場合、冷房負荷が小さくなり運転を継続する必要がないと判断し、冷媒回路２の圧縮機２１などの運転およびポンプ３１の運転を停止する（ステップ３３）。

以上のように、本実施の形態においては、水回路３において、熱伝導により伝熱する熱伝導パネル３２と、熱伝導パネル３２に対して並列に接続され輻射により伝熱する輻射パネル３３とを接続し、熱伝導パネル３２と輻射パネル３３へのそれぞれの水流量を調整する第１流量弁３４と第２流量弁３５とを配設するとともに、熱伝導パネル３２は、座席シート６１に、輻射パネル３３は乗降用ドア６２に設置することにより、熱伝導パネル３２における熱が座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、冷房運転開始時は、水温が低下すればすぐに冷温感を得ることができ、快適性が向上する。

また、熱伝導パネル３２および輻射パネル３３は、熱伝導や輻射を利用し、在席者の近傍から伝熱するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的高い水温の冷水で、在席者に同等の冷温感を与えることが可能であるため、冷媒回路２の蒸発圧力を上昇せしめることができ、エネルギー効率が向上する。

また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度Ｔｗが、第４所定温度Ｔｗ３超の場合、第１流量弁３４を閉とし、かつ、第２流量弁３５を開とすることにより、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度Ｔｗが、在席者が冷温感を得ることができる第４所定温度Ｔｗ３に低下するまでの間は、熱伝導パネル３２に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい輻射パネル３３に水を循環させることができる。したがって、冷房開始時における熱伝導パネル３２から在席者への熱伝導による温熱感を抑制することができ、快適性が向上する。

また、本実施の形態では、在席者が冷熱感を得ることができる第４所定温度Ｔｗ３に上昇するまでの間でも、第２流量弁３５を開とすることにより、輻射パネル３３への送水することができる。つまり、在席者に温熱感を与えるために熱伝導パネル３２を使用できない場合でも、輻射パネル３３を使用することで、短時間に在席者に冷熱感を与えることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。

また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器２２から流出する水の温度Ｔｗが、第４所定温度Ｔｗ３以下で、かつ、目標水温Ｔｗ４以上の場合、第１流量弁３４を開とすることにより、在席者が適正な冷温感を得ることができる水温の範囲で、熱伝導パネル３２に送水するこができる。したがって、座席シート６１を介した熱伝導により比較的高い水温の冷水で、在席者を局所的に冷却することができ、快適性と省エネルギー性が向上する。

また、本実施の形態では、車室６内の空気温度Ｔａが、目標空気温度Ｔａ２未満の場合に、第２流量弁３５を閉とすることにより、車室６内の温度が過度に低下した場合に、輻射パネル３３への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。

また、本実施の形態では、目標水温Ｔｗ４および目標空気温度Ｔａ２が、温度設定部４ａにおいて、搭乗者が任意に設定できることにより、車室６内在席者の快適感覚の違いに応じた冷房運転が可能になり、さらに快適性が向上する。

なお、以上の実施の形態において、図１、および図５では、各放熱器への水流量を調整するための流量調整手段として、第１流量弁３４、第２流量弁３５のように、開閉弁としているが、開度調整可能な弁を使用したり、開閉時間を制御するようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる車両用液体循環システムは、冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができるので、水を冷却・加熱し、その水を冷房・暖房に利用する車両用冷暖房装置に特に有用である。

１Ａ 車両用液体循環システム
２ 冷媒回路
３ 水回路
４ 制御装置（制御手段）
４ａ 温度設定部
６ 車室
２１ 圧縮機
２２ 冷媒水熱交換器
２３ 膨張弁（膨張手段）
２４ 冷媒空気熱交換器
２５ 四方弁
３１ ポンプ（循環手段）
３２ 熱伝導パネル（第１熱交換手段）
３３ 輻射パネル（第２熱交換手段）
３４ 第１流量弁（第１流量調整手段）
３５ 第２流量弁（第２流量調整手段）
５１ 第１温度センサ
５２ 第２温度センサ
６１ 座席シート
６２ 乗降用ドア

Claims (9)

1. 圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、前記冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、前記冷媒水熱交換器と直列に接続された第１熱交換手段、前記第１熱交換手段と並列に接続された第２熱交換手段を有する水回路と、制御手段とを備え、前記第１熱交換手段は座席シートに設置され、熱伝導により伝熱するとともに、前記第２熱交換手段は車室内に面した乗降用ドア、天井、床のいずれかに設置され、輻射により伝熱することを特徴とする車両用液体循環システム。
2. 前記第１熱交換手段を流れる水流量を調整する第１流量調整手段、前記第２熱交換手段を流れる水流量を調整する第２流量調整手段を配設したことを特徴とする請求項１に記載の車両用液体循環システム。
3. 暖房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第１所定温度未満の場合に、前記第１流量調整手段により前記第１熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項２に記載の車両用液体循環システム。
4. 暖房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、前記第１所定温度以上で、かつ、第２所定温度以下の場合に、前記第１流量調整手段により前記第１熱交換手段に水を流入させることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用液体循環システム。
5. 暖房運転において、車室内の空気温度が、第３所定温度超の場合に、前記第２流量調整手段により前記第２熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の車両用液体循環システム。
6. 冷房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第４所定温度超の場合に、前記第１流量調整手段により前記第１熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の車両用液体循環システム。
7. 冷房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、前記第４所定温度以下で、かつ、第５所定温度以上の場合、前記第１流量調整手段により前記第１熱交換手段に水を流入させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の車両用液体循環システム。
8. 冷房運転において、車室内の空気温度が、第６所定温度未満の場合、前記第２流量調整手段により前記第２熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の車両用液体循環システム。
9. 前記第２所定温度、前記第３所定温度、前記第５所定温度、前記第６所定温度のうち少なくとも１つは、搭乗者により任意に設定されることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の車両用液体循環システム。

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