JP2014125157A - 車両用ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転再開時の起動速度を向上させることができる車両用ヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】この車両用ヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機１１２と、電動圧縮機１１２の下流側の冷媒を膨張させ低温低圧冷媒とする膨張弁１１４（膨張部）と、冷熱を輸送する低温側冷却液と膨張弁１１４により膨張された低温低圧冷媒との間で熱交換を行う低温側水冷媒熱交換器１１０と、低温側冷却液を循環させる低温側冷却液系統と連通して低温側冷却液を収容する低温側リザーバタンク１３０とを具備し、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０と熱交換可能に接触している。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用ヒートポンプ装置に関する。

以前より、ヒートポンプを備え冷媒と冷却液との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置が知られている。非特許文献１には、車両用ヒートポンプ装置（ＨＰＡＣ：Heat Pump Air Conditioner）を備え、車両用ヒートポンプ装置が導出した冷却液を用いて車室内の冷暖房を行う車両の温度調整システムが開示されている。この車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒から冷却液へ放熱を行うコンデンサと、冷却液を冷媒で冷却する冷却器と、コンデンサへ冷却液を送出するコンデンサポンプと、冷却器へ冷却液を送出する冷却器ポンプとを備えている。

Kowsky et al., "Unitary HPAC System", SAE International J. Passeng. Cars - Mech. Syst., 2012, doi:10.4271/2012-01-1050.

ところで、５分や１０分といった比較的短い時間、車両の空調を停止させるケースは多い。例えば、コンビニエンス・ストアで買い物をするために車両を駐車するような場合である。

このような比較的短い時間であっても、運転が停止すると、車両用ヒートポンプ装置と周囲との間および装置内での熱移動が進み、装置の低温側各部と高温側各部との間の温度差は減少する。このため、従来の車両用ヒートポンプ装置では、比較的短い時間しか運転を停止していないにも関わらず、運転再開時の起動速度が遅いという課題があった。

本発明の目的は、運転再開時の起動速度を向上させることができる車両用ヒートポンプ装置を提供することである。

本開示の車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、前記電動圧縮機の下流側の冷媒を膨張させ低温低圧冷媒とする膨張部と、冷熱を輸送する低温側冷却液と前記膨張部により膨張された前記低温低圧冷媒との間で熱交換を行う低温側水冷媒熱交換器と、前記低温側冷却液を循環させる低温側冷却液系統と連通して前記低温側冷却液を収容する低温側リザーバタンクと、を具備し、前記低温側リザーバタンクは、前記低温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触している、構成を採る。

本開示によれば、運転再開時の起動速度を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置を示す一部破断図 実施の形態１のコンプレッサ筐体側を示す一部破断の斜視図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置の冷媒および冷却液の流れについて説明する図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 本発明の実施の形態２に係る車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図 実施の形態２の車両用ヒートポンプ装置を示す一部破断図 実施の形態２の車両用ヒートポンプ装置を示す周方向断面図

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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

（実施の形態１）
＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
まず、本発明の実施の形態１における各構成について、図１〜図３を用いて説明する。図１〜図３は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置の構成を示す図である。

より具体的には、図１は、車両用ヒートポンプ装置の斜視図であり、図２は、車両用ヒートポンプ装置の一部破断図である。図３は、車両用ヒートポンプ装置のうちコンプレッサ筐体側の一部破断の斜視図である。

車両用ヒートポンプ装置１は、車両に搭載される装置であり、低温側水冷媒熱交換器１１０と、高温側水冷媒熱交換器１１１と、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機１１２とを備える。ここで、車両とは、例えば、電気自動車である。電気自動車とは、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。

車両用ヒートポンプ装置１は、その内部にヒートポンプを有している。そして、車両用ヒートポンプ装置１は、ヒートポンプの冷媒と低温側の冷却液（以下「低温側冷却液」という）および高温側の冷却液（以下「高温側冷却液」という）との間で熱交換を行う。低温側冷却液と高温側冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される。

冷媒は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）など、電気自動車に要求される極低温の環境下でもヒートポンプサイクルの効率を向上できる一方、作動圧力が高くなるものが採用される。

冷却液は、例えば、エチレングリコール水溶液などの液体である。冷却液は、不凍液であれば良く、エチレングリコール水溶液以外にプロピレングリコール水溶液を用いることも可能である。

高温側冷却液は、高温側導入管１０４を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される（図１の矢印Ｂ）。この導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて加熱され、高温側導出管１０５から導出される（図１の矢印Ｂ）。冷却液は、高温側ウォータポンプ１０１が備える電力モータの駆動力にて輸送される。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、冷媒が流れる通路と高温側冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。

冷却液の通路は、例えば、電動圧縮機１１２の周囲に沿って二次元方向に広がる空間により構成される。また、冷却液の通路の一部は、例えば、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。一方、冷媒の通路は、例えば、複数の直線状且つ筒状の配管により構成され、冷却液の通路を横切るように冷却液の通路を囲う空間内に配置されている。複数の冷却液の通路は、例えば、電動圧縮機１１２の周方向に分散して配置されている。

低温側冷却液は、低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される（図１の矢印Ａ）。導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却され、低温側導出管１０７から導出される（図１の矢印Ａ）。冷却液は、低温側ウォータポンプ１０２が備える電力モータの駆動力にて輸送される。

低温側水冷媒熱交換器１１０は、冷媒が流れる通路と低温側冷却液が流れる通路とを備え、これらの通路の間で熱を移動させるように構成されている。すなわち、低温側水冷媒熱交換器１１０は、冷熱を輸送する低温側冷却液と、後述の膨張弁１１４により膨張された低温低圧冷媒との間で、熱交換を行う。

電動圧縮機１１２は、電動モータ１１２ａ、圧縮機構１１２ｂ、および、コンプレッサ筐体１０９等から構成される。圧縮機構１１２ｂは電動モータ１１２ａが発生する駆動力により、吸入した冷媒を圧縮して吐出する機構である。圧縮機構１１２ｂは、例えば、スクロール型を用いることができる。電動モータ１１２ａは、インバータ１１３により電気的に駆動され、圧縮機構１１２ｂを駆動する。インバータ１１３は電力用半導体を有しており、電源から供給される直流電流を三相交流電力に変換して、電動モータ１１２ａへ供給する。

コンプレッサ筐体１０９は、電動圧縮機１１２で処理される冷媒が外部に漏洩しないように封入するものであり、コンプレッサ筐体１０９の内側には電動圧縮機１１２を通過する冷媒が流れる。

電動圧縮機１１２は、高圧シェル型の圧縮機を構成する。高圧シェル型の圧縮機とは、電動モータ１１２ａとコンプレッサ筐体１０９との間に、圧縮機構１１２ｂで圧縮された高圧の冷媒が流れ、コンプレッサ筐体１０９が高圧の冷媒に耐えうる構造を有するタイプの圧縮機を言う。低圧シェル型の圧縮機では、圧縮前の低温低圧の冷媒が電動モータの周囲を流れて加熱されるため、圧縮機構に導入される冷媒が膨張して薄くなってしまう。この場合、圧縮機構１１２ｂに吸入される冷媒密度が低くなるため、空調能力が低下してしまう。一方、本実施の形態のように、高圧シェル型の圧縮機を採用することで、圧縮前の冷媒が不用意に加熱されず、空調能力を向上できる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、電動圧縮機１１２の冷媒の入口の上流にアキュムレータ１０８を備える。アキュムレータ１０８は、冷媒を気体と液体に分離させることで、電動圧縮機１１２へ気体の冷媒のみを供給する役割をなす。電動圧縮機１１２の破壊を防止するためである。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷媒の入口の上流に膨張弁１１４（膨張部）を備える。膨張弁１１４は、熱量を変化させずに高温側水冷媒熱交換器１１１の下流側の高圧冷媒を膨張させて低温低圧冷媒とする。膨張弁１１４を通過した低温低圧冷媒は低温側水冷媒熱交換器１１０へ送られる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、車両用ヒートポンプ装置１の外部から電源供給を受けるための給電部１０３を備える。給電部１０３は、コンプレッサ筐体１０９の外壁に備える。給電部１０３へ供給された電気エネルギーは、電動圧縮機１１２、高温側ウォータポンプ１０１、および、低温側ウォータポンプ１０２のそれぞれが備える電動モータの駆動に用いられる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側冷却液を循環させる低温側冷却液系統と連通して低温側冷却液を収容する、低温側リザーバタンク１３０を具備している。低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０と熱交換可能に接触している。

本実施の形態では、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０の上面に配置されている。すなわち、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有する。低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０の上面において、低温側水冷媒熱交換器１１０と密着している。

また、低温側リザーバタンク１３０は、第１の連通部１３１と、第１の連通部１３１とは別に設けられた第２の連通部１３２とを有する。第１の連通部１３１は、低温側冷却液を、低温側冷却液系統から低温側リザーバタンク１３０へ流入させる。第２の連通部１３２は、低温側冷却液を、低温側リザーバタンク１３０から低温側冷却液系統へ流出させる。

より具体的には、第１の連通部１３１および第２の連通部１３２は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷却液の通路と、それぞれ連通している。そして、図示しないが、第１の連通部１３１は、低温側冷却液系統の圧力が第１の所定値以上に上昇すると開き、膨張した低温側冷却液をリザーバタンクへ流入させる、正圧弁を具備している。また、図示しないが、第２の連通部１３２は、低温側冷却液系統の圧力が第２の所定値以下に低下すると開き、低温側冷却液をリザーバタンクから低温側冷却液系統へ流出させる、負圧弁を具備している。これら正圧弁および負圧弁は、全体として、低温側冷却液系統を所定の圧力に保持する機能を有する。また、低温側リザーバタンク１３０は、重力方向上方に、低温側冷却液の収容空間の圧力を調整するキャップ部（図示せず）を具備している。

なお、低温側リザーバタンク１３０の素材は、例えば、樹脂とすることができる。この場合、低温側リザーバタンク１３０の製作が容易であることに加えて、外部空気との間の熱交換を適度に抑えつつ低温側水冷媒熱交換器１１０との間の熱交換を行えるという効果を有する。また、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０との接触領域以外の領域の一部または全部が、断熱材に覆われていてもよい。

＜高温側水冷媒熱交換器の詳細＞
次に、車両用ヒートポンプ装置１におけるコンプレッサ筐体１０９側の構成について、詳細に説明する。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、コンプレッサ筐体１０９の壁体の中に設けられている。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、冷媒が流れる通路１１１ａと、冷却液が流れる通路１１１ｂとを備えている。

冷却液の通路１１１ｂ（図２参照）は、例えば、電動圧縮機１１２（図２参照）の周囲に沿って二次元方向（図３のＸ−Ｒ方向）に広がる空間により構成され、通路１１１ｂの一端および他端に冷却液の導入口と導出口とが設けられている。導出口は、高温側ウォータポンプ１０１（図１および図２参照）に通じている。また、通路１１１ｂの一部は、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。

冷媒の通路１１１ａは、例えば、複数の直線状且つ筒状の配管により構成され、冷却液の通路１１１ｂを横切るように通路１１１ｂを囲う空間内に配置されている。図３に示すように、複数の通路１１１ａは、電動圧縮機１１２の周方向（Ｒ方向）に分散して配置されている。各通路１１１ａの一端は、電動圧縮機１１２の冷媒吐出口につながる冷媒室に通じ、各通路１１１ａの他端は、膨張弁１１４につながる冷媒室に通じている。これらの冷媒室は、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。

このような構成により、電動圧縮機１１２において圧縮された高温高圧冷媒は、電動圧縮機１１２から、電動圧縮機１１２の冷媒吐出口につながる冷媒室へ吐出され、高温側水冷媒熱交換器１１１の複数の通路１１１ａへ進む。その後、この高温高圧冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１の中で冷却液へ放熱することで凝縮されて、膨張弁１１４につながる冷媒室を介して膨張弁１１４へ送られる。

図３に示すように、高温側水冷媒熱交換器１１１と電動圧縮機１１２とは、各々の筐体が１つのコンプレッサ筐体１０９に共通化されることで、一体的な構成となっている。

コンプレッサ筐体１０９は、密閉性を有し、冷却液および冷媒の各導入口および各導出口を除いて、高温側水冷媒熱交換器１１１を壁体内に閉じ込め、電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂを内部の収容空間に閉じ込める。

コンプレッサ筐体１０９は、コンプレッサ筐体１０９の壁体を外周側と内周側との２つに区分することで、外周側を高温側水冷媒熱交換器１１１の筐体、内周側を電動圧縮機１１２の筐体とみなすこともできる。この場合、図３に示すように、高温側水冷媒熱交換器１１１は、電動圧縮機１１２の周囲を囲って電動圧縮機１１２と熱交換可能に接触しているとみなすことができる。

なお、実際に、高温側水冷媒熱交換器１１１の筐体と、電動圧縮機１１２の筐体とを別体に構成し、高温側水冷媒熱交換器１１１が電動圧縮機１１２の周囲を囲って、互いに熱交換可能に接触した構成を採用してもよい。

＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
次に、図４を用いて車両用ヒートポンプ装置１の冷媒と冷却液の流れについて説明する。

始めに、冷媒の流れを説明する。図４の矢印Ｃは冷媒の流れる方向を示している。冷媒は、電動圧縮機１１２、高温側水冷媒熱交換器１１１、膨張弁１１４、低温側水冷媒熱交換器１１０を、この順で流れる。この冷媒の流れにより、ヒートポンプサイクルが構成される。

電動圧縮機１１２で圧縮されて電動圧縮機１１２から吐出された高温高圧冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて熱を放出して液体となる。液体となった冷媒は、膨張弁１１４にて急激に膨張され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒はアキュムレータ１０８を通過して電動圧縮機１１２にて再度、圧縮される。

続いて、冷却液の流れを説明する。高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温の冷媒と熱交換を行って加熱される。加熱された冷却液は、高温側導出管１０５から導出される。

低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管１０７から導出される。

このように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、装置内だけで冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを実現している。さらに、高温側水冷媒熱交換器１１１および低温側水冷媒熱交換器１１０は、空気ではなく液体（冷却液）と冷媒との間で熱交換を行う。この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液を介して車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所から熱を吸収し、車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所へ熱を放出することができる。

また、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、温度に応じて変化する低温側冷却液の体積変化を、低温側リザーバタンク１３０によって吸収する。より具体的には、低温側冷却液が膨張して低温側冷却液系統の圧力が第１の所定値以上に上昇すると、低温側冷却液は、低温側冷却液系統から低温側リザーバタンク１３０へと流入する。また、低温側冷却液が収縮して低温側冷却液系統の圧力が第２の所定値以下に低下すると、低温側冷却液は、低温側リザーバタンク１３０から低温側冷却液系統へと流出する。すなわち、低温側冷却液系統と低温側リザーバタンク１３０との間では、間欠的あるいは連続的に、低温側冷却液が流動する。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側リザーバタンク１３０に収容されている低温側冷却液（以下「リザーバ冷却液」という）の温度を、低温側冷却液系統を循環する低温側冷却液の温度に近付けることができる。

また、低温側リザーバタンク１３０は、低温側冷却液の流入口である第１の連通部１３１と、低温側冷却液の流出口である第２の連通部１３２とを、別の位置に具備している。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、リザーバ冷却液の交換が積極的に行われるようにすることができ、リザーバ冷却液の温度を、低温側冷却液系統を循環する低温側冷却液の温度に更に近付けることができる。

そして、低温側リザーバタンク１３０は、上述の通り、低温側水冷媒熱交換器１１０と熱交換可能に接触している。

この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、運転中および停止中において、低温側水冷媒熱交換器１１０とリザーバ冷却液との間での熱伝導を可能にする。

以上のような、冷却液流動および熱伝導により、車両用ヒートポンプ装置１の運転中において、リザーバ冷却液の温度は、低温側水冷媒熱交換器１１０内の低温側冷却液の温度に近似した温度となる。

また、低温側リザーバタンク１３０は、車両用ヒートポンプ装置１の運転が停止した後もしばらく、リザーバ冷却液の温度は保たれる。この温度保持は、特に低温側リザーバタンク１３０が断熱材に覆われている場合に顕著である。そして、運転が再開したときには、リザーバ冷却液の低温側冷却液系統への流出と、低温側水冷媒熱交換器１１０から低温側リザーバタンク１３０への熱移動とにより、低温側冷却液系統の温度は低くなる。

すなわち、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側リザーバタンク１３０を備えることにより、リザーバ冷却液の熱容量を有効利用する構成を有している。このため、車両用ヒートポンプ装置１は、従来に比べて、運転停止時に高温側と低温側との温度差が拡大し難く、運転再開時の起動速度を向上させることが可能となる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液系統に通常必要な装置であるリザーバタンクを、リザーバ冷却液の温度保持に用いるため、従来装置に対する部品点数の増大やコストの増大を防いだ状態で、上記効果を得ることができる。

＜車両温度調整システム＞
次に、図５および図６を用いて、車両用ヒートポンプ装置１を用いた車両温度調整システムについて説明する。図５は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図である。図６は、車両温度調整システムの冷房運転時の説明図である。

高温側導出管１０５から導出した加熱された高温側冷却液、および、低温側導出管１０７から導出した冷却された低温側冷却液は車両用空調装置２へ導入され、冷房もしくは暖房に用いられる。車両用空調装置２は、ファイアウォール７の車室側に配置され、車室内の空調を行う装置である。車両用ヒートポンプ装置１は、ファイアウォール７の車室外の側に配置される。

車両用空調装置２は、冷房用空気冷媒熱交換器２００、暖房用空気冷媒熱交換器２０１、ブロワファン２０２、および、切換ドア２０３を備える。

冷房用空気冷媒熱交換器２００は、ブロワファン２０２により送風された空気と、低温側導出管１０７から導出した冷却された低温側冷却液との間で熱交換を行い、空気を冷却するものである。冷却された空気は車室内へ導かれ、車室内の冷房に用いられる。

冷房用空気冷媒熱交換器２００にて加熱された低温側冷却液は、低温側導入管１０６を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。

暖房用空気冷媒熱交換器２０１は、ブロワファン２０２により送風された空気と、高温側導出管１０５から導出した加熱された高温側冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱するものである。加熱された空気は車室内へ導かれ、車室内の暖房に用いられる。

暖房用空気冷媒熱交換器２０１にて冷却された高温側冷却液は、高温側導入管１０４を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。なお、第１のラジエータ５は、冷房時の高温側冷却液の放熱に用いられる。

車両用ヒートポンプ装置１が導出する低温側冷却液は、発熱体３の冷却に用いることも可能である。ここで、発熱体３とは、例えば、電気自動車に用いられる走行用モータ、走行用モータを駆動するためのインバータ、走行用モータへ電気エネルギーを供給するための蓄電池などの、発熱部材である。また、発熱体３とは、例えば、車両外部から蓄電池を充電するための充電器、蓄電池の電圧変換を行うためのＤＣ−ＤＣ変換器などの、発熱部材である。これら発熱部材は電気自動車の走行中等に冷却を必要とする。

発熱体３から放出される熱は、低温側冷却液に吸熱させる。すなわち、低温側冷却液は加熱される。この加熱された低温側冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、車両用ヒートポンプ装置１にて冷却される。この加熱された低温側冷却液は、第２のラジエータ６で放熱させることで、冷却することもできる。

車両用空調装置２を車室内の暖房に用いる場合は、発熱体３から放出された熱を、低温側冷却液に吸熱させる。すなわち、低温側冷却液は加熱される。この加熱された低温側冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却される。

この際、冷媒に回収（吸熱）された熱を、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温側冷却液に回収（吸熱）させ、この高温側冷却液を高温側導出管１０５から導出させ、暖房用空気冷媒熱交換器２０１に導くことで、車室内の空気の加熱に利用する事も可能である。

車両温度調整システムでは、図５と図６とに示すように、複数の三方弁Ｔによる冷却液の経路の切り替え、ならびに、切換ドア２０３による車室内へ向かう空気の経路の切り替えにより、車室内の暖房および冷房等の切り替えを行うことができる。

＜実施の形態１の効果＞
以上のように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０と熱交換可能に接触した低温側リザーバタンク１３０を備えている。これにより、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、運転停止時に、リザーバ冷却液の熱容量を有効利用して、運転停止前に得られた冷熱を保持することができ、運転再開時の起動速度を向上させることができる。

（実施の形態２）
＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
本発明の実施の形態２における各構成について、図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置の構成を示す図である。より具体的には、図７は、車両用ヒートポンプ装置の斜視図であり、図８は、車両用ヒートポンプ装置の一部破断図である。また、図９は、図７のＤ−Ｄ’線における周断面図である。

本実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置１の低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０の上面から側面にかけて、低温側水冷媒熱交換器１１０を囲って配置されている。すなわち、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分だけでなく、低温側水冷媒熱交換器１１０の重力方向側方と熱交換可能に接触する部分を有する。

＜実施の形態２の効果＞
このように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の重力方向側方と熱交換可能に接触する部分を有する低温側リザーバタンク１３０を備えている。

これにより、運転中、リザーバ冷却液の側方から冷却されるため、低温側水冷媒熱交換器１１０の重力方向上方とのみ熱交換可能に接触している場合に比べて、リザーバ冷却液の対流が促進される。すなわち、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、リザーバ冷却液の熱容量のより多くの部分を、冷熱蓄積のために利用することができる。

更に、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０の大部分を覆っている。

これにより、低温側リザーバタンク１３０は、低温側水冷媒熱交換器１１０に対して高い断熱効果を奏する。すなわち、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷熱をより長い時間保持することができる。

したがって、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、運転再開時の起動速度を、更に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。

なお、低温側リザーバタンクの形状は、低温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触可能なものであればよく、上記実施の形態において説明した形状に制限されない。

また、低温側リザーバタンクの低温側冷却液系統との連通箇所の個数や位置は、上記実施の形態において説明した例に制限されない。

例えば、低温側リザーバタンクは、低温側冷却水系統との連通箇所を１箇所とし、その連通箇所に、上述の正圧弁と負圧弁とを一体的に備えた圧力弁を有してもよい。この場合、装置コストの低減を図ることができる。

また、低温側リザーバタンクは、必ずしも正圧弁および負圧弁を有していなくてもよい。この場合、装置コストの低減を図ることができる。

また、低温側リザーバタンクの形態は、低温側冷却水系統とは別の冷却水流路を構成するバイパス型としたが、これに限定されない。低温側リザーバタンクは、例えば、低温側冷却水系統に挿入され、低温側冷却水系統の一部を構成する、循環型のものであってもよい。この場合、運転中、リザーバ冷却液の温度は、常に低温側冷却水系統の低温側冷却水の温度と同一となる。したがって、リザーバ冷却液の熱容量を最大限に有効利用することが可能となり、運転再開時の起動速度を更に向上させることができる。

また、低温側リザーバタンクが適用される低温側水冷媒熱交換器の構成は、上記実施の形態において説明した構成に制限されない。

また、上記実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた構成を例にとって説明したが、その他の様々な冷媒を用いてもよい。また、高温側水冷媒熱交換器および低温側水冷媒熱交換器は、図示された具体的な構成に制限されるものではない。

また、上記実施の形態では、冷温側冷却液と高温側冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置の外でも交わらない構成を例にとって説明した。しかしながら、システム構成によっては、冷温側冷却液の通路と高温側冷却液の通路とが車両用ヒートポンプ装置の外で１本につながる構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、冷却液のポンプが車両用ヒートポンプ装置に備わる構成を例にとって説明したが、冷却液のポンプは車両温度調整システムに設けて、車両用ヒートポンプ装置から省いてもよい。

また、上記各実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置を一体化した場合を例に説明した。しかし、本発明は、車両用ヒートポンプ装置を一体化せず、各構成部材をそれぞれ離間して配置してもよい。

以上のように、本開示の車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、前記電動圧縮機の下流側の冷媒を膨張させ低温低圧冷媒とする膨張部と、冷熱を輸送する低温側冷却液と前記膨張部により膨張された前記低温低圧冷媒との間で熱交換を行う低温側水冷媒熱交換器と、前記低温側冷却液を循環させる低温側冷却液系統と連通して前記低温側冷却液を収容する低温側リザーバタンクとを具備し、前記低温側リザーバタンクは、前記低温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触している。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記低温側リザーバタンクは、前記低温側水冷媒熱交換器の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有してもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記低温側リザーバタンクは、前記低温側水冷媒熱交換器の重力方向側方と熱交換可能に接触する部分を有してもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記低温側リザーバタンクは、前記低温側冷却液を前記低温側冷却液系統から前記低温側リザーバタンクへ流入させる第１の連通部と、前記第１の連通部とは別に設けられ、前記低温側冷却液を前記低温側リザーバタンクから前記低温側冷却液系統へ流出させる第２の連通部とを有してもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記低温側リザーバタンクは、前記低温側冷却液系統と１つの連通部で連通し、当該連通部は、前記低温側冷却液を前記低温側冷却液系統から前記低温側リザーバタンクへ流入させると共に、前記低温側冷却液を前記低温側リザーバタンクから前記低温側冷却液系統へ流出させてもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記冷媒は二酸化炭素であってもよい。

また、上記車両用ヒートポンプ装置において、前記低温側冷却液は、エチレングリコール水溶液、又は、プロピレングリコール水溶液であってもよい。

本発明にかかる車両用ヒートポンプ装置は、車両内の各部の温度を調整するシステム等に用いるのに好適である。

１ 車両用ヒートポンプ装置
１０１ 高温側ウォータポンプ
１０２ 低温側ウォータポンプ
１０３ 給電部
１０４ 高温側導入管
１０５ 高温側導出管
１０６ 低温側導入管
１０７ 低温側導出管
１０８ アキュムレータ
１０９ コンプレッサ筐体
１１０ 低温側水冷媒熱交換器
１１１ 高温側水冷媒熱交換器
１１１ａ 冷媒の通路
１１１ｂ 冷却液の通路
１１２ 電動圧縮機
１１２ａ 電動モータ
１１２ｂ 圧縮機構
１１３ インバータ
１１４ 膨張弁
１３０ 低温側リザーバタンク
１３１ 第１の連通部
１３２ 第２の連通部
２ 車両用空調装置
２００ 冷房用空気冷媒熱交換器
２０１ 暖房用空気冷媒熱交換器
２０２ ブロワファン
２０３ 切換ドア
３ 発熱体
５ 第１のラジエータ
６ 第２のラジエータ
７ ファイアウォール

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、
   前記電動圧縮機の下流側の冷媒を膨張させ低温低圧冷媒とする膨張部と、
   冷熱を輸送する低温側冷却液と前記膨張部により膨張された前記低温低圧冷媒との間で熱交換を行う低温側水冷媒熱交換器と、
   前記低温側冷却液を循環させる低温側冷却液系統と連通して前記低温側冷却液を収容する低温側リザーバタンクと、
   を具備し、
   前記低温側リザーバタンクは、前記低温側水冷媒熱交換器と熱交換可能に接触している、
   車両用ヒートポンプ装置。
2. 前記低温側リザーバタンクは、
   前記低温側水冷媒熱交換器の重力方向上方と熱交換可能に接触する部分を有する、
   請求項１記載の車両用ヒートポンプ装置。
3. 前記低温側リザーバタンクは、
   前記低温側水冷媒熱交換器の重力方向側方と熱交換可能に接触する部分を有する、
   請求項１または請求項２に記載の車両用ヒートポンプ装置。
4. 前記低温側リザーバタンクは、
   前記低温側冷却液を前記低温側冷却液系統から前記低温側リザーバタンクへ流入させる第１の連通部と、前記第１の連通部とは別に設けられ、前記低温側冷却液を前記低温側リザーバタンクから前記低温側冷却液系統へ流出させる第２の連通部と、を有する、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。
5. 前記低温側リザーバタンクは、
   前記低温側冷却液系統と１つの連通部で連通し、当該連通部は、前記低温側冷却液を前記低温側冷却液系統から前記低温側リザーバタンクへ流入させると共に、前記低温側冷却液を前記低温側リザーバタンクから前記低温側冷却液系統へ流出させる、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。
6. 前記冷媒は二酸化炭素である、
   請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。
7. 前記低温側冷却液は、エチレングリコール水溶液、又は、プロピレングリコール水溶液である、
   請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ装置。

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