JP2017013561A - 車両用のヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の吸入圧を調節し効率の良い適切な圧縮比を保って運転することにより、圧縮機の消費電力を低減し、サイクル効率を改善することのできる車両用のヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプシステム１００は、冷却水流路３１と、冷媒流路１１と、コンプレッサ１３と、インナーコンデンサ１４と、チラー１６と、を備える。冷媒流路１１には、インナーコンデンサ１４とチラー１６との間に、インナーコンデンサ１４を通過した冷媒が流通する第１膨張弁１８が設けられ、チラー１６とコンプレッサ１３との間に、チラー１６を通過した冷媒が流通する第２膨張弁２１が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は車両用のヒートポンプシステムに関するものである。

特許文献１には、エンジンの冷却水より吸熱し、暖房を行うヒートポンプサイクルが開示されている。

特開２０１３−１３９２５１号公報

しかしながら、特許文献１のヒートポンプサイクルには、圧縮機の上流に膨張弁が設けられていない。このため、冷媒がエンジンの冷却水から吸熱した際に、圧縮機の吸入圧が高くなって効率の低下する低圧縮比で圧縮機が運転する場合がある。このような場合には、圧縮機は、効率の良い適切な圧縮比を保って運転できなくなるので、消費電力が増加してサイクル効率が悪化するおそれがある。

本発明はこのような問題を解決するために発明されたもので、圧縮機の吸入圧を調節し効率の良い適切な圧縮比を保って運転することにより、圧縮機の消費電力を低減し、サイクル効率を改善することのできる車両用のヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

本発明のある態様に係る駆動源の熱を用いて車室内に導かれる空気を加熱可能な車両用のヒートポンプシステムは、駆動源を冷却する又は排熱を吸熱する冷却水が流通する駆動源冷却水流路と、冷媒が流通する冷媒流路と、冷媒流路を流通する冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、駆動源冷却水流路の冷却水と冷媒流路の冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、を備える。冷媒流路には、凝縮器と水冷媒熱交換器との間に、凝縮器を通過した冷媒が流通する第１膨張弁が設けられ、水冷媒熱交換器と圧縮機との間に、水冷媒熱交換器を通過した冷媒が流通する第２膨張弁が設けられる。

このような態様によれば、冷媒流路には、水冷媒熱交換器と圧縮機との間に、水冷媒熱交換器を通過した冷媒が流通する第２膨張弁が設けられるので、圧縮機の吸入圧を第２膨張弁によって調節することができる。その結果、圧縮機は、第２膨張弁によって吸入圧を調節し効率の良い適切な圧縮比に保って運転することができるので、圧縮機の消費電力を低減し、サイクル効率を改善することができる。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムのコントローラの空調制御に関する電気回路のブロック図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの冷房モードについて説明する図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの外気吸熱ヒートポンプモードについて説明する図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムのエンジン放熱暖房モードについて説明する図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムのエンジン吸熱ヒートポンプモードについて説明する図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムのコントローラが実行する空調運転モードの選択制御を説明するフローチャートである。 コントローラがエンジン吸熱ヒートポンプモードを選択したときの第２膨張弁の開度を調節するためのフローチャートである。 エンジン冷却水温度と外気温に基づいて各空調運転モードを選択するためのグラフである。 エンジン冷却水温度と必要吹出し温度に基づいて各空調運転モードを選択するためのグラフである。 コンプレッサ圧縮比とコンプレッサの消費電力との関係を示すグラフである。 コンプレッサ圧縮比とコンプレッサ効率との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの第１変形例の構成図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの第２変形例の構成図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの第３変形例の構成図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの第４変形例の構成図である。 第１実施形態に係るヒートポンプシステムの第５変形例の構成図である。 第２実施形態に係るヒートポンプシステムの概略構成図である。 第２実施形態に係るヒートポンプシステムの冷房モードについて説明する図である。 第２実施形態に係るヒートポンプシステムのエンジン放熱暖房モードについて説明する図である。 第２実施形態に係るヒートポンプシステムのエンジン吸熱ヒートポンプモードについて説明する図である。 第２実施形態に係るヒートポンプシステムのコントローラが実行する空調運転モードの選択制御を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１から図１７を参照して、本発明の第１実施形態のヒートポンプシステム１００について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステム１００の概略構成図である。

車両用のヒートポンプシステム１００は、冷凍サイクル１と、エンジン冷却水回路３と、から構成される。

冷凍サイクル１は、冷媒が流れる冷媒流路１１と、冷媒流路１１上に設けられるアキュムレータ１２と、冷媒を圧縮するコンプレッサ１３と、冷媒の熱を放出するインナーコンデンサ１４と、外気と熱交換を行う室外熱交換器１５と、エンジン冷却水回路３の冷却水と熱交換を行うチラー１６と、冷媒に熱を吸収させるエバポレータ１７と、を備える。冷媒には、例えばＨＦＣ−１３４ａが用いられる。

アキュムレータ１２は、冷媒流路１１を流れる冷媒を、気相冷媒と液相冷媒とに気液分離する。アキュムレータ１２からは、分離した気相冷媒のみがコンプレッサ１３へと流される。

コンプレッサ１３は、アキュムレータ１２を通過した後の冷媒を吸入し圧縮する。コンプレッサ１３は、例えば内部のモータの周波数設定に応じて回転数が変化するベーン型の回転数可変型の圧縮機である。なお、コンプレッサ１３には、スクロール型の圧縮機を用いてもよい。気相冷媒は、コンプレッサ１３によって圧縮されることで高温高圧になる。

インナーコンデンサ１４は、コンプレッサ１３を通過した後の冷媒を凝縮させる凝縮器である。インナーコンデンサ１４は、コンプレッサ１３によって高温高圧になった冷媒の熱を用いて内部に導入した他の流体を加熱する。他の流体は、例えば車室内に導かれる空気である。なお、インナーコンデンサ１４は、車室内に導かれる空気を直接加熱する態様に限らず、冷却水等を介して間接的に加熱してもよい。

室外熱交換器１５は、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器１５には、車両の走行や図示しない室外ファンの回転によって、外気が導入される。

チラー１６は、冷媒とエンジン冷却水回路３の冷却水との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却する水冷媒熱交換器である。

エバポレータ１７は、室外熱交換器１５を通過した後の冷媒を蒸発させる蒸発器である。エバポレータ１７は、車室内空調に利用する空気の熱を冷媒に吸収させて、空気を冷却する。エバポレータ１７によって蒸発した冷媒は、アキュムレータ１２へ流れる。

冷媒流路１１には、インナーコンデンサ１４と室外熱交換器１５との間に第１膨張弁１８及び第１三方弁１９が直列に配置され、室外熱交換器１５とエバポレータ１７との間に第２三方弁２０が配置される。また、冷媒流路１１には、エバポレータ１７とアキュムレータ１２との間に第２膨張弁２１が配置され、第２三方弁２０とエバポレータ１７との間に第３膨張弁２２が配置される。

第１膨張弁１８は、インナーコンデンサ１４で凝縮した冷媒を減圧膨張させる。第１膨張弁１８には、例えば電磁弁やオリフィスやキャピラリーチューブが用いられる。第１膨張弁１８にオリフィスやキャピラリーチューブ等の固定絞りを用いる場合には、予め使用頻度の高い特定の運転条件に対応するように絞り量が設定される。冷媒流路１１の第１膨張弁１８の上流と下流には、第１膨張弁１８をバイパスする第１バイパス流路１１ａが接続される。第１バイパス流路１１ａには、冷媒の流通状態を開閉によって切り替える第１バイパス開閉弁２３が設置される。

第２膨張弁２１は、コンプレッサ１３に吸入される前の気相冷媒の吸入圧Ｐｓに応じて開度が調節され、開度に応じて冷媒を減圧膨張させる。第２膨張弁２１には、例えば段階的に又は無段階的に開度が調節可能な電磁弁が用いられる。

第３膨張弁２２は、室外熱交換器１５で凝縮した冷媒を減圧膨張させる。第３膨張弁２２には、例えば電磁弁やオリフィスやキャピラリーチューブが用いられる。また、第３膨張弁２２には、温度式膨張弁を採用してもよい。第３膨張弁２２は、第１膨張弁１８と同様に、予め使用頻度の高い特定の運転条件に対応するように絞り量が設定される。

第１三方弁１９は、インナーコンデンサ１４を通過した冷媒が室外熱交換器１５又はチラー１６を流通するように、冷媒流路１１の流路を切り替える。

第２三方弁２０には、第３膨張弁２２及びエバポレータ１７をバイパスして室外熱交換器１５又はチラー１６から第２膨張弁２１へと冷媒を直接流すための第２バイパス流路１１ｂが接続される。第２三方弁２０は、室外熱交換器１５又はチラー１６を通過した冷媒が、第３膨張弁２２又は第２バイパス流路１１ｂを流通するように、冷媒流路１１の流路を切り替える。

エンジン冷却水回路３は、冷却水の流れる冷却水流路３１を備える。冷却水流路３１には、車両の動力を発生させるエンジン３２と、冷却水と外気との間で熱交換を行うラジエータ３３と、冷凍サイクル１のチラー１６と、車室内に導かれる空気を暖めるヒータコア３４と、が接続される。エンジン冷却水回路３は、エンジン３２とチラー１６又はヒータコア３４との間で冷却水を循環させる第１ウォータポンプ３５と、エンジン３２とラジエータ３３との間で冷却水を循環させる第２ウォータポンプ３６を備える。冷却水には、例えば不凍液が用いられる。

エンジン３２は、車両の駆動力を得るための駆動源であり、燃料の燃焼によって熱が発生する。エンジン３２は、冷却水流路３１に接続されているので、エンジン３２で発生した熱は冷却水によって吸収される。

ラジエータ３３は、冷却水と外気との間で熱交換を行う。ラジエータ３３には、車両の走行や図示しない室外ファンの回転によって、外気が導入される。

ヒータコア３４は、冷却水と車室内に導かれる空気との間で熱交換を行い、車室内に導かれる空気を加熱する。冷却水流路３１のラジエータ３３とヒータコア３４との間には、第３三方弁３７が配置される。第３三方弁３７は、エンジン３２を通過した冷却水がチラー１６又はヒータコア３４を通過するように、冷却水流路３１の流路を切り替える。

第１ウォータポンプ３５は、チラー１６又はヒータコア３４からエンジン３２に冷却水を送液して冷却水流路３１内の冷却水を循環させる。

第２ウォータポンプ３６は、ラジエータ３３からエンジン３２に冷却水を送液して冷却水流路３１内の冷却水を循環させる。

ヒートポンプシステム１００には、吸入圧センサ４１と、吐出圧センサ４２と、吹出し温度センサ４３と、冷却水温度センサ４４と、外気温センサ４５と、が設置されている。

吸入圧センサ４１は、冷媒流路１１のアキュムレータ１２とコンプレッサ１３との間に設置され、コンプレッサ１３に吸入される前の気相冷媒の吸入圧Ｐｓを検出する。

吐出圧センサ４２は、冷媒流路１１のコンプレッサ１３とインナーコンデンサ１４との間に設置され、コンプレッサ１３から吐出された後の気相冷媒の吐出圧Ｐｄを検出する。

吹出し温度センサ４３は、車室内に導かれる空気の吹出し温度Ｔｐｖを検出する。

冷却水温度センサ４４は、冷却水流路３１のエンジン３２の下流に設置され、エンジン３２を通過した後の冷却水の温度をエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇとして検出する。

外気温センサ４５は、室外熱交換器１５やラジエータ３３に導入される前の外気の温度を外気温Ｔａｍｂとして検出する。

図２は、ヒートポンプシステム１００のコントローラ４０の空調制御に関する電気回路のブロック図である。コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵによって読み出すことで、ヒートポンプシステム１００に各種機能を発揮させる。

図２に示すように、コントローラ４０には、吸入圧センサ４１と、吐出圧センサ４２と、吹出し温度センサ４３と、冷却水温度センサ４４と、外気温センサ４５と、からの信号が入力される。コントローラ４０は、入力された信号に基づいて、コンプレッサ１３の出力や第２膨張弁２１の開度をそれぞれ設定する。また、コントローラ４０は、入力された信号に基づいて、第１三方弁１９、第２三方弁２０、及び第３三方弁３７の切り替え制御と、第１バイパス開閉弁２３の開閉制御と、を実行する。

次に、図３から図６を参照して、車室内を空調するときの各空調運転モードについて説明する。

＜冷房モード＞
図３は、ヒートポンプシステム１００の冷房モードについて説明する図である。冷房モードでは、図３に太実線で示すように、コントローラ４０は、第１三方弁１９を切り替えて室外熱交換器１５に冷媒を流通させ、第２三方弁２０を切り替えてエバポレータ１７に冷媒を流通させる。また、コントローラ４０は、第１バイパス開閉弁２３を開いた状態にする。

コンプレッサ１３で圧縮され高温になった冷媒は、第１バイパス流路１１ａを通ってそのまま室外熱交換器１５へと流れて、室外熱交換器１５に導入される外気と熱交換を行い冷却される。室外熱交換器１５を通過した冷媒は、第２三方弁２０を通って第３膨張弁２２で減圧膨張してから、エバポレータ１７へと流れる。冷媒は、エバポレータ１７で車室内に導かれる空気を冷却することで蒸発し、第２膨張弁２１及びアキュムレータ１２を介して再びコンプレッサ１３に供給される。エバポレータ１７で、冷媒によって車室内に導かれる空気が冷却及び除湿されることで、冷房風が得られる。

冷房モードでは、第２膨張弁２１は、全開状態に維持される。また、インナーコンデンサ１４の内部では、冷媒に他の流体が加熱されないように、他の流体の供給が遮断される。

また、図３に太実線で示すように、冷却水流路３１の冷却水は、エンジン３２とラジエータ３３とを循環する。冷却水は、ラジエータ３３で外気と熱交換を行うことで、エンジン３２から吸収した熱を車両外に放出する。このように、コントローラ４０は、エンジン３２を冷却するためのラジエータ放熱制御を実行する。

＜外気吸熱ヒートポンプモード＞
図４は、ヒートポンプシステム１００の外気吸熱ヒートポンプモードについて説明する図である。外気吸熱ヒートポンプモードでは、図４に太実線で示すように、コントローラ４０は、第１三方弁１９を切り替えて室外熱交換器１５に冷媒を流通させ、第２三方弁２０を切り替えてエバポレータ１７をバイパスするように冷媒を流通させる。また、コントローラ４０は、第１バイパス開閉弁２３を閉じた状態にする。

コンプレッサ１３で圧縮され高温になった冷媒は、インナーコンデンサ１４の内部で他の流体を加熱することで熱を奪われて低温になる。その後、冷媒は、第１膨張弁１８を通って減圧膨張してから、室外熱交換器１５へと流れて、室外熱交換器１５に導入される外気と熱交換を行い加熱される。室外熱交換器１５を通過した冷媒は、第２三方弁２０と第２バイパス流路１１ｂを通って第２膨張弁２１へと流れる。第２膨張弁２１を通過した冷媒は、アキュムレータ１２を介して再びコンプレッサ１３に供給される。インナーコンデンサ１４で、冷媒によって車室内に導かれる空気が加熱されることで、暖房風が得られる。

外気吸熱ヒートポンプモードでは、第２膨張弁２１は、全開状態に維持される。

＜エンジン放熱暖房モード＞
図５は、ヒートポンプシステム１００のエンジン放熱暖房モードについて説明する図である。エンジン放熱暖房モードでは、図５に太実線で示すように、コントローラ４０は、エンジン冷却水回路３の第３三方弁３７を切り替えて、ヒータコア３４に冷却水を流通させる。また、コントローラ４０は、コンプレッサ１３を停止状態にする。

冷却水は、第１ウォータポンプ３５に送液され、エンジン３２に流通してエンジン３２を冷却する。エンジン３２を冷却することで高温になった冷却水は、ヒータコア３４に流れる。ヒータコア３４に流れた冷却水は、車室内に導かれる空気を加熱することで熱を奪われ冷却される。ヒータコア３４で冷却された冷却水は、第３三方弁３７と第１ウォータポンプ３５とを通過して、エンジン３２を再び冷却することで高温になる。

なお、エンジン放熱暖房モードでは、冷凍サイクル１は使用されない。ヒータコア３４で、車室内に導かれる空気が冷却水によって加熱されることで、暖房風が得られる。

＜エンジン吸熱ヒートポンプモード＞
図６は、ヒートポンプシステム１００のエンジン吸熱ヒートポンプモードについて説明する図である。エンジン吸熱ヒートポンプモードでは、図６に太実線で示すように、コントローラ４０は、第１三方弁１９を切り替えて室外熱交換器１５に冷媒を流通させ、第２三方弁２０を切り替えてエバポレータ１７をバイパスするように冷媒を流通させる。また、コントローラ４０は、第１バイパス開閉弁２３を閉じた状態にする。さらに、コントローラ４０は、エンジン冷却水回路３の第３三方弁３７を切り替えて、チラー１６に冷却水を流通させる。

コンプレッサ１３で圧縮され高温になった冷媒は、インナーコンデンサ１４で他の流体を加熱することで熱を奪われて低温になる。その後、冷媒は、第１膨張弁１８を通って減圧膨張してから、チラー１６へと流れて、チラー１６を流通する冷却水流路３１の冷却水と熱交換を行い加熱される。チラー１６を通過した冷媒は、第２三方弁２０と第２バイパス流路１１ｂを通って第２膨張弁２１へと流れる。第２膨張弁２１を通過した冷媒は、アキュムレータ１２を介して再びコンプレッサ１３に供給される。インナーコンデンサ１４で、冷媒によって車室内に導かれる空気が加熱されることで、暖房風が得られる。

エンジン吸熱ヒートポンプモードでは、第２膨張弁２１は、コントローラ４０によって開度が調節される。

冷却水は、第１ウォータポンプ３５に送液され、エンジン３２に流通してエンジン３２を冷却する。エンジン３２を冷却することで高温になった冷却水は、チラー１６に流れる。チラー１６に流れた冷却水は、冷媒流路１１の冷媒との熱交換によって熱を奪われ冷却される。チラー１６で冷却された冷却水は、第３三方弁３７と第１ウォータポンプ３５とを通過して、エンジン３２を再び冷却することで高温になる。

図７及び図８を参照して、コントローラ４０が実行する各空調運転モード選択するためのフローチャート、及びエンジン吸熱ヒートポンプモードにおける第２膨張弁２１の開度調節について説明する。

図７は、ヒートポンプシステム１００のコントローラ４０が実行する空調運転モードの選択制御を説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１では、コントローラ４０は、暖房運転要求があるか否かを判定する。コントローラ４０は、暖房運転要求がある場合にはステップＳ１０３の処理を実行し、暖房運転要求がない場合にはステップＳ１０２の処理を実行する。

ステップＳ１０２では、コントローラ４０は、ラジエータ放熱モードを選択する。ラジエータ放熱モードが選択されると、ラジエータ放熱制御が実行され、エンジン３２を冷却することで高温になった冷却水は、ラジエータ３３を循環することで外気によって冷却される。なお、冷房運転要求がある場合には、コントローラ４０は、ラジエータ放熱モードを選択するとともに、冷房モードを選択することもできる。ステップＳ１０２の処理の後、コントローラ４０は、空調運転モードの選択制御を終了する。

ステップＳ１０３では、コントローラ４０は、必要吹出し温度Ｘｍを設定する。必要吹出し温度Ｘｍは、暖房要求の度合や外気温Ｔａｍｂ、車室内の温度等に基づいて設定される。

ステップＳ１０４では、コントローラ４０は、冷却水温度センサ４４の入力信号に基づいてエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇを検出する。

ステップＳ１０５では、コントローラ４０は、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが閾値温度Ｔｌｏｗよりも高いか否かを判定する。

図９は、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇと外気温Ｔａｍｂに基づいて各空調運転モードを選択するためのグラフである。図９の横軸はエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇであり、縦軸は外気温Ｔａｍｂである。

図９に示すように、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが閾値温度Ｔｌｏｗ以下である場合には、エンジン低水温域になる。エンジン低水温域は、エンジン３２が暖まっておらず、エンジン３２の熱を暖房に利用することのできない温度領域である。エンジン低水温域では、コントローラ４０は、外気吸熱ヒートポンプモードを選択するためにステップＳ１０６の処理を実行する。

他方で、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが閾値温度Ｔｌｏｗよりも高い場合には、外気温Ｔａｍｂに応じてエンジン中高水温域又は冷房運転域になる。エンジン中高水温域は、エンジン３２が暖まっており、エンジン３２の熱を暖房に利用することのできる温度領域である。冷房運転域は、外気温Ｔａｍｂが高く、冷房運転が要求されやすい温度領域である。暖房運転要求のあるエンジン中高水温域では、コントローラ４０は、エンジン３２の熱を利用するためにステップＳ１０７の処理を実行する。なお、外気温Ｔａｍｂが冷暖房切替温度よりも高い場合には、冷房運転域になり、冷房運転要求に応じて冷房モードが選択される。

ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、空調運転モードとして外気吸熱ヒートポンプモードを選択する。外気吸熱ヒートポンプモードが選択されると、冷媒は、室外熱交換器１５で外気から吸熱し、インナーコンデンサ１４で車室内に導かれる空気を加熱する。ステップＳ１０６の処理の後、コントローラ４０は、空調運転モードの選択制御を終了する。

ステップＳ１０７では、コントローラ４０は、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍよりも低いか否かを判定する。

図１０は、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇと必要吹出し温度Ｘｍに基づいて各空調運転モードを選択するためのグラフである。図１０の横軸はエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇであり、縦軸は必要吹出し温度Ｘｍである。

エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが閾値温度Ｔｌｏｗよりも低い場合には、図９と同様にエンジン低水温域になるので、ステップＳ１０６の処理で外気吸熱ヒートポンプモードが選択される。

他方で、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが閾値温度Ｔｌｏｗ以上の場合において、図９のエンジン中高水温域は、図１０に示すように、エンジン高水温域と、エンジン中水温域と、に分けられる。エンジン高水温域は、エンジン３２が十分に暖まっており、エンジン３２の熱を暖房に直接利用できる温度領域である。エンジン中水温域は、ヒートポンプとして用いることでエンジン３２の熱を暖房に間接的に利用できる温度領域である。

エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍよりも低い場合には、エンジン中水温域になる。エンジン中水温域では、コントローラ４０は、エンジン吸熱ヒートポンプモードを選択するためにステップＳ１０９の処理を実行する。

エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍ以上の場合には、エンジン高水温域になる。エンジン高水温域では、コントローラ４０は、エンジン放熱暖房モードを選択するためにステップＳ１０８の処理を実行する。

ステップＳ１０８では、コントローラ４０は、空調運転モードとしてエンジン放熱暖房モードを選択する。エンジン放熱暖房モードが選択されると、エンジン３２を冷却することで高温になった冷却水は、ヒータコア３４を循環して、ヒータコア３４で車室内に導かれる空気を加熱する。

ステップＳ１０９では、コントローラ４０は、空調運転モードとしてエンジン吸熱ヒートポンプモードを選択する。

図８は、コントローラ４０がエンジン吸熱ヒートポンプモードを選択したときの第２膨張弁２１の開度を調節するためのフローチャートである。

ステップＳ２０１では、コントローラ４０は、検出した吸入圧Ｐｓと吐出圧Ｐｄとに基づいてコンプレッサ圧縮比ＣＲを算出する。コンプレッサ圧縮比ＣＲが変わることで、コンプレッサ１３の消費電力は変化する。

図１１は、コンプレッサ圧縮比ＣＲとコンプレッサ１３の消費電力との関係を示すグラフである。図１１の横軸はコンプレッサ圧縮比ＣＲであり、縦軸はコンプレッサ１３の消費電力である。

コンプレッサ１３の消費電力は、図１１に示すように、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉよりも小さくなるにつれて、急激に大きくなる。また、コンプレッサ１３の消費電力は、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉよりも大きくなるにつれて、徐々に増大する。閾値比率ＣＲｈｉは、コンプレッサ１３の稼働時の消費電力が最小となる圧縮比である。

コンプレッサ圧縮比ＣＲは、閾値比率ＣＲｈｉ以下のときに低圧縮比状態になり、閾値比率ＣＲｈｉよりも大きいときに高圧縮比状態になる。

コンプレッサ圧縮比ＣＲが低圧縮比状態であるときには、図１０でエンジン中水温域に示すように、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍに近い温度領域になる。エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍに近い温度領域では、コンプレッサ１３をあまり回転させなくてもチラー１６で効率よく熱交換が行える。このため、コンプレッサ１３の回転数が低めに制御されて吸入圧Ｐｓが上がり吐出圧Ｐｄが下がるので、コンプレッサ圧縮比ＣＲが小さくなり低圧縮比状態になる。

他方で、コンプレッサ圧縮比ＣＲが高圧縮比状態である時には、エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍに対して比較的小さい温度領域になる。エンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが必要吹出し温度Ｘｍに対して比較的小さい温度領域では、チラー１６で熱交換を効率よく行うためにコンプレッサ１３を高回転にする必要がある。このため、吸入圧Ｐｓが下がり吐出圧Ｐｄが上がるので、コンプレッサ圧縮比ＣＲが大きくなり高圧縮比状態になる。

図８に戻って、ステップＳ２０２では、コントローラ４０は、算出したコンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉよりも大きいか否かを判定する。コントローラ４０は、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉよりも大きい高圧縮比状態である場合にはステップＳ２０３の処理を実行する。他方で、コントローラ４０は、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉ以下の低圧縮比状態である場合にはステップＳ２０４の処理を実行する。

ステップＳ２０３では、コントローラ４０は、第２膨張弁２１の開度を広げる調節をする。第２膨張弁２１の開度は、調節直前の開度を基準にして広げられる。第２膨張弁２１の開度が広げられることによって、吸入圧Ｐｓが上がり吐出圧Ｐｄ下がるので、コンプレッサ圧縮比ＣＲは減少する。このため、コンプレッサ圧縮比ＣＲは、閾値比率ＣＲｈｉに近い値となる。ステップＳ２０３の処理の後、コントローラ４０は、ステップＳ１０９の処理に戻って、空調運転モードの選択制御を終了する。

ステップＳ２０４では、コントローラ４０は、第２膨張弁２１の開度を絞る調節をする。第２膨張弁２１の開度は、調節直前の開度を基準にして絞られる。第２膨張弁２１の開度が絞られることによって、吸入圧Ｐｓが下がり吐出圧Ｐｄが上がるので、コンプレッサ圧縮比ＣＲは増加する。このため、コンプレッサ圧縮比ＣＲは、閾値比率ＣＲｈｉに近い値となる。ステップＳ２０４の処理の後、コントローラ４０は、ステップＳ１０９の処理に戻って、空調運転モードの選択制御を終了する。

なお、コントローラ４０は、予め定めた基準となる開度に対して第２膨張弁２１の開度を調節することとしてもよい。

上記した第１実施形態に係るヒートポンプシステム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

エンジン３２の熱を用いて車室内に導かれる空気を加熱可能な車両用のヒートポンプシステム１００は、エンジン３２を冷却する冷却水が流通する冷却水流路３１と、冷媒が流通する冷媒流路１１と、冷媒流路１１を流通する冷媒を圧縮するコンプレッサ１３と、コンプレッサ１３によって圧縮された冷媒を凝縮させるインナーコンデンサ１４と、冷却水流路３１の冷却水と冷媒流路１１の冷媒との間で熱交換を行うチラー１６と、を備える。冷媒流路１１には、インナーコンデンサ１４とチラー１６との間に、インナーコンデンサ１４を通過した冷媒が流通する第１膨張弁１８が設けられ、チラー１６とコンプレッサ１３との間に、チラー１６を通過した冷媒が流通する第２膨張弁２１が設けられる。

ヒートポンプシステム１００によれば、冷媒流路１１には、チラー１６とコンプレッサ１３との間に、チラー１６を通過した冷媒が流通する第２膨張弁２１が設けられるので、吸入圧Ｐｓを第２膨張弁２１によって調節することができる。その結果、コンプレッサ１３は、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保って運転することができるので、コンプレッサ１３の消費電力を低減し、サイクル効率を改善することができる。

ヒートポンプシステム１００では、コントローラ４０は、コンプレッサ１３の圧縮比としてコンプレッサ圧縮比ＣＲを算出する圧縮比算出手段、及びコンプレッサ圧縮比ＣＲに基づいて、第２膨張弁２１の開度を調節する第２膨張弁開度調節手段として、機能する。チラー１６は、暖房運転時に、冷却水流路３１の冷却水の温度であるエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが、予め定められた閾値温度Ｔｌｏｗよりも高く、かつ、車室内に導かれる空気の必要吹出し温度Ｘｍ以下である場合に、冷却水流路３１を流通する冷却水と第１膨張弁１８を流通した冷媒との間で熱交換を行って冷媒に吸熱させる。コントローラ４０は、チラー１６が熱交換を行っているときに第２膨張弁２１の開度を調節する。

ヒートポンプシステム１００によれば、コントローラ４０は、チラー１６が熱交換を行っているときに第２膨張弁２１の開度を調節するので、エンジン吸熱ヒートポンプモード時にコンプレッサ１３は、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保って運転することができる。このため、コンプレッサ１３の消費電力を低減し、サイクル効率を改善することができる。

ヒートポンプシステム１００では、コントローラ４０は、算出されたコンプレッサ圧縮比ＣＲが予め定められた閾値比率ＣＲｈｉ以下のときに、第２膨張弁２１の開度を絞る。

ヒートポンプシステム１００によれば、コントローラ４０は、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉ以下のときに第２膨張弁２１の開度を絞ることで、吸入圧Ｐｓを下げて吐出圧Ｐｄを上げることができる。その結果、小さくなっているコンプレッサ圧縮比ＣＲを効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲまで増大させることができるので、コンプレッサ１３の消費電力を低減し、サイクル効率を改善することができる。

ヒートポンプシステム１００では、コントローラ４０は、算出されたコンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉより大きいときに、第２膨張弁２１の開度を広げる。

ヒートポンプシステム１００によれば、コントローラ４０は、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉより大きいときに、第２膨張弁２１の開度を広げることで、吸入圧Ｐｓを上げて吐出圧Ｐｄを下げることができる。その結果、大きくなりすぎたコンプレッサ圧縮比ＣＲを効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲまで減少させることができるので、コンプレッサ１３の消費電力を低減することができる。

ヒートポンプシステム１００では、閾値比率ＣＲｈｉは、コンプレッサ１３の稼働時の消費電力が最小になる比率である。

ヒートポンプシステム１００によれば、コンプレッサ１３の消費電力が最小になる比率として閾値比率ＣＲｈｉが設定されて、第２膨張弁２１の開度が調節されるので、コンプレッサ１３の消費電力をより低減することができる。

ヒートポンプシステム１００は、冷却水と車室内に導かれる空気との間で熱交換を行うヒータコア３４をさらに備える。ヒータコア３４は、暖房運転時に、冷却水流路３１の冷却水の温度であるエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが、予め定められた閾値温度Ｔｌｏｗよりも高く、かつ、車室内に導かれる空気の必要吹出し温度Ｘｍよりも高い場合に、冷却水流路３１を流通する冷却水と車室内に導かれる空気との間で熱交換を行って車室内に導かれる空気を加熱する。

ヒートポンプシステム１００によれば、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保ってエンジン吸熱ヒートポンプモードでの暖房運転が行えるとともに、エンジン３２の熱を暖房に直接利用するエンジン放熱暖房モードでの暖房運転も行うことができる。

ヒートポンプシステム１００では、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器１５をさらに備える。室外熱交換器１５は、暖房運転時に、冷却水流路３１の冷却水の温度であるエンジン冷却水温度Ｔｅｎｇが予め定められた閾値温度Ｔｌｏｗよりも低い場合に、外気と第１膨張弁１８を流通した冷媒との間で熱交換を行って冷媒に吸熱させる。

ヒートポンプシステム１００によれば、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保ってエンジン吸熱ヒートポンプモードでの暖房運転が行えるとともに、エンジン３２の熱を暖房に利用することができない場合においても外気吸熱ヒートポンプモードでの暖房運転を行うことができる。

ヒートポンプシステム１００では、室外熱交換器１５を通過した冷媒を蒸発させるエバポレータ１７をさらに備える。冷媒流路１１には、第１膨張弁１８をバイパスする第１バイパス流路１１ａと、第１バイパス流路１１ａの冷媒の流通状態を切り替える第１バイパス開閉弁２３と、がさらに設けられる。第１バイパス開閉弁２３は、冷房運転時に、第１バイパス流路１１ａに冷媒が流通するように開かれる。室外熱交換器１５は、冷房運転時に、外気と第１バイパス流路１１ａを流通した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を冷却する。

ヒートポンプシステム１００によれば、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保ってエンジン吸熱ヒートポンプモードでの暖房運転が行えるとともに、冷房運転要求がある場合には冷房運転を行うことができる。

ヒートポンプシステム１００では、冷媒流路１１には、室外熱交換器１５とエバポレータ１７との間に、冷房運転時に室外熱交換器１５を通過した冷媒を膨張させる第３膨張弁２２が設けられる。

ヒートポンプシステム１００によれば、第２膨張弁２１の開度を調節して効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲでエンジン吸熱ヒートポンプモードでの暖房運転を行うとともに、冷房運転要求がある場合には、第３膨張弁２２を用いて室外熱交換器１５を通過した冷媒を膨張させることによって冷房運転を行うことができる。

なお、上記したヒートポンプシステム１００では、閾値比率ＣＲｈｉは、コンプレッサ１３の消費電力が最小になる比率としたが、コンプレッサ１３の効率（コンプレッサ効率）が所定の許容下限効率以上になる比率としてもよい。

図１２は、コンプレッサ圧縮比ＣＲとコンプレッサ効率との関係を示すグラフである。図１２の横軸はコンプレッサ圧縮比ＣＲであり、縦軸はコンプレッサ効率である。

コンプレッサ効率は、図１２に示すように、コンプレッサ圧縮比ＣＲが下限閾値比率ＣＲｍｉｎより小さくなると、許容下限効率よりも低くなる。コントローラ４０は、許容下限効率以上の効率が得られる圧縮比として閾値比率ＣＲｈｉを設定してから、ステップＳ２０２の処理を実行する。閾値比率ＣＲｈｉは、下限閾値比率ＣＲｍｉｎ以上のコンプレッサ圧縮比ＣＲに設定される。

このようなヒートポンプシステム１００によれば、コンプレッサ効率が所定の許容下限効率以上になるような比率に閾値比率ＣＲｈｉが設定され、コントローラ４０は、閾値比率ＣＲｈｉよりもコンプレッサ圧縮比ＣＲが大きいか否かを判定する。コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉ以下の場合に、コントローラ４０は、第２膨張弁２１の開度を絞ることで、コンプレッサ圧縮比ＣＲを増加させる。このため、コンプレッサ圧縮比ＣＲが下限閾値比率ＣＲｍｉｎより小さくなって、コンプレッサ効率が許容下限効率を下回ることを回避することができ、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保ってコンプレッサ１３を運転させることができる。

また、ヒートポンプシステム１００では、コントローラ４０は、算出されたコンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉより大きいときに、第２膨張弁２１の開度を調節直前の開度のまま維持する。第２膨張弁２１の開度が変わらないので、コンプレッサ圧縮比ＣＲは、そのまま維持されて閾値比率ＣＲｈｉ以下にはならない。したがって、第２膨張弁２１の開閉頻度を抑えつつ、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲに保ってコンプレッサ１３を運転させることができる。なお、コンプレッサ効率が許容下限効率と等しくなる圧縮比に閾値比率ＣＲｈｉが設定された場合には、コンプレッサ効率が許容下限効率より低くならなければ、第２膨張弁２１の開度が変わらないので、第２膨張弁２１の開閉頻度をより抑えることができる。なお、コントローラ４０は、予め定められた基準となる開度に第２膨張弁２１の開度を維持することとしてもよい。

さらに、ヒートポンプシステム１００では、下限閾値比率ＣＲｍｉｎよりも大きな圧縮比に閾値比率ＣＲｈｉを設定している場合には、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉより大きいときに、第２膨張弁２１の開度が全開となるよう調節してもよい。第２膨張弁２１の開度が全開となることによって、コンプレッサ圧縮比ＣＲは、閾値比率ＣＲｈｉより小さくなるものの、下限閾値比率ＣＲｍｉｎより大きい圧縮比に保たれる。このため、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保ってコンプレッサ１３を運転させることができる。

また、ヒートポンプシステム１００は、図１３から図１７に示す構成図の変形例のようにすることもできる。

図１３は、ヒートポンプシステム１００の第１変形例の構成図である。

ヒートポンプシステム１００の第１変形例は、図１３に示すように、エンジン冷却水回路３からヒータコアが省かれた構成である。

ヒートポンプシステム１００の第１変形例では、ヒータコアを用いてのエンジン放熱暖房は行われない。このため、ヒートポンプシステム１００の第１変形例では、図７のステップＳ１０７及びステップＳ１０８の処理は省略される。他の処理については、第１実施形態のヒートポンプシステム１００と同様の処理が実行され、同様の作用や効果を得ることができる。

図１４は、ヒートポンプシステム１００の第２変形例の構成図である。

ヒートポンプシステム１００の第２変形例は、図１４に示すように、冷凍サイクル１からは室外熱交換器が省かれ、エンジン冷却水回路３からはヒータコアが省かれた構成である。

ヒートポンプシステム１００の第２変形例では、ヒータコアを用いてのエンジン放熱暖房、及び室外熱交換器を用いての外気吸熱ヒートポンプモードによる暖房運転は行われない。このため、ヒートポンプシステム１００の第２変形例では、図７のステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理は省略される。他の処理については、第１実施形態のヒートポンプシステム１００と同様の処理が実行され、同様の作用や効果を得ることができる。

図１５は、ヒートポンプシステム１００の第３変形例の構成図である。

ヒートポンプシステム１００の第３変形例は、図１５に示すように、冷凍サイクル１から室外熱交換器が省かれた構成である。

ヒートポンプシステム１００の第３変形例では、室外熱交換器を用いての外気吸熱ヒートポンプモードによる暖房運転は行われない。このため、ヒートポンプシステム１００の第３変形例では、図７のステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理は省略される。他の処理については、第１実施形態のヒートポンプシステム１００と同様の処理が実行され、同様の作用や効果を得ることができる。

図１６は、ヒートポンプシステム１００の第４変形例の構成図である。

ヒートポンプシステム１００の第４変形例は、図１６に示すように、冷媒流路１１には、第２膨張弁２１をバイパスする第２膨張弁バイパス流路１１ｃと、第２膨張弁バイパス流路１１ｃの冷媒の流通状態を切り替える開閉弁２４と、が設けられる。コントローラ４０は、算出されたコンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉより大きいときに、開閉弁２４を開いて、第２膨張弁バイパス流路１１ｃに冷媒を流通させる。

このようなヒートポンプシステム１００の第４変形例によれば、算出されたコンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉより大きいときに、第２膨張弁２１の代わりに開閉弁２４が開かれる一方で、コンプレッサ圧縮比ＣＲが閾値比率ＣＲｈｉ以下のときには第２膨張弁２１を冷媒が流通する。その結果、コンプレッサ圧縮比ＣＲに応じて第２膨張弁２１に冷媒を流通させるかバイパスさせるかを選択できるので、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲに調節してコンプレッサ１３を運転させることができる。また、開度を変更する必要がないので、第２膨張弁２１に固定開度弁を用いることができ、安価にヒートポンプシステム１００を構成することができる。

図１７は、ヒートポンプシステム１００の第５変形例の構成図である。

ヒートポンプシステム１００の第５変形例は、図１７に示すように、第２膨張弁２１が第２三方弁２０の上流に設けられ、第３膨張弁が省かれた構成である。

エンジン吸熱ヒートポンプモードによる暖房運転時には、コントローラ４０は、図８に示すように、ステップＳ２０２からステップＳ２０３までの処理を実行して、コンプレッサ圧縮比ＣＲに応じて第２膨張弁２１の開度を調節する。開度が調節された第２膨張弁２１を通過した冷媒は、第２三方弁２０、第２バイパス流路１１ｂ、及びアキュムレータ１２を通ってコンプレッサ１３に供給される。このようなヒートポンプシステム１００の第５変形例によっても、第２三方弁の上流に設置された第２膨張弁２１の開度を調節することで、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲに保ってコンプレッサ１３を運転させることができる。

また、冷房運転時には、コントローラ４０は、第３膨張弁の代わりに第２膨張弁２１の開度を絞る。第２膨張弁２１が絞られることで、室外熱交換器１５から流れてきた冷媒は、第２膨張弁２１を通過する際に減圧膨張されて、エバポレータ１７で車室内に導かれる空気を冷却することができる。ヒートポンプシステム１００の第５変形例では、コントローラ４０は、冷房運転時に第２膨張弁２１の開度を絞り、室外熱交換器１５を通過した冷媒を膨張させる。このようなヒートポンプシステム１００の第５変形例によれば、第２膨張弁２１を用いて冷房運転を行えるので、第３膨張弁を設置せず安価にヒートポンプシステム１００を構成することができる。

（第２実施形態）
図１８から図２２を参照して、本発明の第２実施形態のヒートポンプシステム２００について説明する。図１８は、第２実施形態に係るヒートポンプシステム２００の概略構成図である。

第２実施形態のヒートポンプシステム２００では、冷凍サイクル１及びエンジン冷却水回路３の配置や構成等が第１実施形態とは相違する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。

ヒートポンプシステム２００は、冷凍サイクル１と、エンジン冷却水回路３と、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット５と、から構成される。

冷凍サイクル１は、エバポレータ１７への流れを切り替える第２三方弁２０が省かれた構成となっている。このため、室外熱交換器１５から流れてきた冷媒は、流路が切り替わることなく常に第３膨張弁２２を通ってエバポレータ１７へと流される。

第３膨張弁２２は、室外熱交換器１５によって冷却された液相冷媒を減圧膨張させる。第３膨張弁２２は、エバポレータ１７の出口側に取り付けられた図示しない感温筒部を有し、エバポレータ１７の出口側における冷媒の過熱度を所定値に維持するように開度が自動的に調整される。

エバポレータ１７を通過した冷媒は、第２膨張弁２１、及びアキュムレータ１２を介してコンプレッサ１３へと流れる。

コンプレッサ１３の下流には、第１三方弁１９が配置される。第１三方弁１９は、コンプレッサ１３で圧縮された冷媒がインナーコンデンサ１４又は室外熱交換器１５を流通するように、冷媒流路１１の流路を切り替える。

室外熱交換器１５は、気相冷媒を液化させる主室外熱交換器１５ａと、液相冷媒が溜められるリキッドタンク１５ｂと、液相冷媒をさらに冷却し過冷却状態にする過冷却室外熱交換器１５ｃと、から構成される。

インナーコンデンサ１４は、エンジン冷却水回路３の冷却水が内部を流通するように接続される。インナーコンデンサ１４を通過した冷媒は、第１膨張弁１８を介してチラー１６に流される。

第１膨張弁１８は、インナーコンデンサ１４によって冷却された冷媒を減圧膨張させる。第１膨張弁１８は、チラー１６の出口側に取り付けられた図示しない感温筒部を有し、チラー１６の出口側における冷媒の過熱度を所定値に維持するように開度が自動的に調整される。

チラー１６に導かれた冷媒は、全部又は一部が蒸発して戻り通路１１ｄに導かれる。戻り通路１１ｄは、出口側がエバポレータ１７と第２膨張弁２１との間に接続され、チラー１６を通過した冷媒を第２膨張弁２１へ流す。

エンジン冷却水回路３には、エンジン３２とチラー１６との間に排熱回収器３８が配置される。排熱回収器３８は、図示しないエンジン３２の排気系に接続されており、排気から熱を回収して冷却水流路３１の冷却水を加熱する。

エンジン冷却水回路３には、インナーコンデンサ１４とチラー１６との間に第３三方弁３７が配置される。

第３三方弁３７は、チラー１６を通過した冷却水が、インナーコンデンサ１４又は冷却水第１バイパス回路３１ａを流通するように、冷却水流路３１の流路を切り替える。冷却水第１バイパス回路３１ａは、一端が第３三方弁３７に接続され、他端が第１ウォータポンプ３５と第２ウォータポンプ３６との間に接続される。

冷却水流路３１には、冷却水第１バイパス回路３１ａと平行に、冷却水第２バイパス回路３１ｂが設けられる。冷却水第２バイパス回路３１ｂは、一端がインナーコンデンサ１４と第３三方弁３７との間に接続され、他端が第１ウォータポンプ３５と第２ウォータポンプ３６との間に接続される。

ＨＶＡＣユニット５は、車室内に導かれる空気の導入口付近に設置されるブロワ５１と、ヒータコア３４の上流側に設置されるエアミックスドア５２と、を備える。ＨＶＡＣユニット５内にはエバポレータ１７とヒータコア３４とが配置される。

ブロワ５１は、車室内に導かれる空気とエバポレータ１７内を流れる冷媒やヒータコア３４内を流れる冷却水との間で熱交換を行わせるために、ＨＶＡＣユニット５内に空気を送風する。

エアミックスドア５２は、開度が制御されることによって、ヒータコア３４を通過する空気の量を調整する。例えば、暖房運転時には、エアミックスドア５２は、ヒータコア３４に空気が導かれるように開かれる。エアミックスドア５２が開かれることで、ブロワ５１から送風される空気は、ヒータコア３４へと案内されて、ヒータコア３４内の冷媒との間で熱交換を行う。他方で、冷房運転時には、エアミックスドア５２は、ヒータコア３４に空気を導かないように閉じられる。エアミックスドア５２が閉じられることで、ブロワ５１から送風される空気は、ヒータコア３４をバイパスして、ヒータコア３４内の冷媒との間で熱交換を行わずに車室内へと導かれる。

次に、図１９から図２１を参照して、車室内を空調するときの各空調運転モードについて説明する。

＜冷房モード＞
図１９は、ヒートポンプシステム２００の冷房モードについて説明する図である。冷房モードでは、図１９に太実線で示すように、コントローラ４０は、第１三方弁１９を切り替えて、コンプレッサ１３から供給される冷媒を室外熱交換器１５に流通させる。

コンプレッサ１３で圧縮され高温になった冷媒は、第１三方弁１９を介して室外熱交換器１５へと流れる。室外熱交換器１５を通過することで過冷却状態となった冷媒は、第３膨張弁２２で減圧膨張して、エバポレータ１７へと流れる。冷媒は、エバポレータ１７で車室内に導かれる空気を冷却することで蒸発し、第２膨張弁２１及びアキュムレータ１２を介して再びコンプレッサ１３に供給される。エバポレータ１７で、冷媒によって車室内に導入される空気が冷却及び除湿されることで、冷房風が得られる。

冷房モードでは、第２膨張弁２１は、全開状態に維持される。

また、図１９に太実線で示すように、冷却水流路３１の冷却水は、エンジン３２や排熱回収器３８を通過した後に、第３三方弁３７及び冷却水第１バイパス回路３１ａを通ってから第２ウォータポンプ３６に送液されてラジエータ３３へ流れる。インナーコンデンサ１４やヒータコア３４内の冷却水は、第３三方弁３７が冷却水第１バイパス回路３１ａ側に切り替えられるとともに第１ウォータポンプ３５が停止しているので、流れることなくそのままインナーコンデンサ１４やヒータコア３４内に滞留する。エアミックスドア５２は、ブロワ５１から送風される空気がヒータコア３４を通過しないように閉じられる。このように、コントローラ４０は、第３三方弁３７で冷却水流路３１の流れを切り替えることによって、エンジン３２や排熱回収器３８を冷却するためのラジエータ放熱制御を実行する。

＜エンジン放熱暖房モード＞
図２０は、ヒートポンプシステム２００のエンジン放熱暖房モードについて説明する図である。エンジン放熱暖房モードでは、図２０に太実線で示すように、コントローラ４０は、冷却水流路３１のインナーコンデンサ１４とチラー１６との間を接続するように、第３三方弁３７を切り替える。

エンジン３２や排熱回収器３８で加熱された冷却水は、チラー１６、第３三方弁３７、及びインナーコンデンサ１４を通過して、ヒータコア３４へと流れる。ヒータコア３４に流れた冷却水は、車室内に導かれる空気を加熱することで熱を奪われ冷却される。ヒータコア３４で冷却された冷却水は、第１ウォータポンプ３５及び第２ウォータポンプ３６に送液されエンジン３２や排熱回収器３８に流されて、エンジン３２や排熱回収器３８を再び冷却する。

エンジン放熱暖房モードでは、冷凍サイクル１は使用されない。エアミックスドア５２は、ブロワ５１から送風される空気がヒータコア３４を通過するように開かれる。ヒータコア３４で、車室内に導かれる空気が冷却水によって加熱されることで、暖房風が得られる。

＜エンジン吸熱ヒートポンプモード＞
図２１は、ヒートポンプシステム２００のエンジン吸熱ヒートポンプモードについて説明する図である。エンジン吸熱ヒートポンプモードでは、図２１に太実線で示すように、コントローラ４０は、冷媒流路１１のコンプレッサ１３とインナーコンデンサ１４との間を接続するように、第１三方弁１９を切り替える。また、コントローラ４０は、冷却水流路３１のチラー１６と第２ウォータポンプ３６との間を接続するように、第３三方弁３７を切り替え、冷却水第１バイパス回路３１ａに冷却水を流通させる。

第１三方弁１９がコンプレッサ１３とインナーコンデンサ１４との間を接続することで、コンプレッサ１３で圧縮され高温になった冷媒は、インナーコンデンサ１４に流される。

第３三方弁３７が冷却水流路３１のチラー１６と第２ウォータポンプ３６との間を接続することで、冷却水流路３１は、エンジン側冷却水流路３１ｃ及びヒータコア側冷却水流路３１ｄの二つの独立した流路に分断される。

エンジン側冷却水流路３１ｃは、エンジン３２と、排熱回収器３８と、チラー１６と、第３三方弁３７と、第２ウォータポンプ３６と、を冷却水が流れる流路である。

ヒータコア側冷却水流路３１ｄは、ヒータコア３４と、第１ウォータポンプ３５と、インナーコンデンサ１４と、を冷却水が流れる流路である。

インナーコンデンサ１４内では、高温の冷媒は、冷却水との間で熱交換を行い、冷却水を加熱する。加熱された冷却水は、ヒータコア３４へ流されて、ヒータコア３４で車室内に導かれる空気を加熱する。車室内に導かれる空気が冷却水によって加熱されることで、暖房風が得られる。インナーコンデンサ１４で冷却水によって熱を奪われた低温になった冷媒は、第１膨張弁１８を通過する際に減圧膨張してからチラー１６に流れる。他方で、車室内に導かれる空気に熱を奪われ冷却された冷却水は、第１ウォータポンプ３５によって、インナーコンデンサ１４に再び流される。

チラー１６内では、低温の冷媒は、エンジン３２や排熱回収器３８によって加熱された冷却水との間で熱交換を行い、加熱される。冷媒に熱を奪われた冷却水は、第２ウォータポンプ３６によってエンジン３２や排熱回収器３８に流されて再加熱される。また、チラー１６で冷却水に加熱された冷媒は、戻り通路１１ｄを通って、第２膨張弁２１及びアキュムレータ１２を介してコンプレッサ１３に流れて再圧縮される。

エンジン吸熱ヒートポンプモードでは、第２膨張弁２１は、コントローラ４０によって開度が調節される。

図２２を参照して、コントローラ４０が実行する各空調運転モード選択するためのフローチャート、及びエンジン吸熱ヒートポンプモードにおける第２膨張弁２１の開度調節について説明する。

図２２は、ヒートポンプシステム２００のコントローラ４０が実行する空調運転モードの選択制御を説明するフローチャートである。

ステップＳ３０１からステップＳ３０５までの処理は、図７のステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理と同様の処理が実行される。

ステップＳ３０６では、コントローラ４０は、暖房運転の実行を中止する。ステップＳ３０６の処理の後、コントローラ４０は、空調運転モードの選択制御を終了する。

ステップＳ３０７からステップＳ３０９までの処理は、図７のステップＳ１０７からステップＳ１０９までの処理と同様の処理が実行される。

上記した第２実施形態に係るヒートポンプシステム２００によれば、以下の効果を得ることができる。

ヒートポンプシステム２００では、冷却水流路３１を流通する冷却水は、エンジン３２を冷却し、排熱回収器３８で排熱を吸熱する。冷媒流路１１には、インナーコンデンサ１４とチラー１６との間に、インナーコンデンサ１４を通過した冷媒が流通する第１膨張弁１８が設けられ、チラー１６とコンプレッサ１３との間に、チラー１６を通過した冷媒が流通する第２膨張弁２１が設けられる。

ヒートポンプシステム２００によれば、冷媒流路１１には、チラー１６とコンプレッサ１３との間に、チラー１６を通過した冷媒が流通する第２膨張弁２１が設けられる。このため、エンジン３２や排気の熱を利用してエンジン吸熱ヒートポンプモードによる暖房運転を行うときに、吸入圧Ｐｓを第２膨張弁２１によって調節することができる。その結果、コンプレッサ１３は、効率の良い適切なコンプレッサ圧縮比ＣＲを保って運転することができるので、第１実施形態のヒートポンプシステム１００と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記した実施形態では、コントローラ４０は、吸入圧Ｐｓと吐出圧Ｐｄとに基づいてコンプレッサ圧縮比ＣＲを算出したが、コンプレッサ１３の回転数やコンプレッサ１３に供給される供給電圧に基づいてコンプレッサ圧縮比ＣＲを推定することとしてもよい。

１００、２００ ヒートポンプシステム
１ 冷凍サイクル
１１ 冷媒流路
１１ａ 第１バイパス流路（第１膨張弁バイパス流路）
１１ｂ 第２バイパス流路
１１ｃ 第２膨張弁バイパス流路
１１ｄ 戻り通路
１２ アキュムレータ
１３ コンプレッサ（圧縮機）
１４ インナーコンデンサ（凝縮器）
１５ 室外熱交換器
１６ チラー（水冷媒熱交換器）
１７ エバポレータ（蒸発器）
１８ 第１膨張弁
１９ 第１三方弁
２０ 第２三方弁
２１ 第２膨張弁
２２ 第３膨張弁
２３ 第１バイパス開閉弁
２４ 開閉弁
３ エンジン冷却水回路
３１ 冷却水流路（駆動源冷却水流路）
３２ エンジン（駆動源）
３３ ラジエータ
３４ ヒータコア（室内熱交換器）
３５ 第１ウォータポンプ
３６ 第２ウォータポンプ
３７ 第３三方弁
３８ 排熱回収器
４０ コントローラ（圧縮比算出手段、第２膨張弁開度調節手段）
５ ＨＶＡＣユニット
５１ ブロワ
５２ エアミックスドア

Claims (12)

1. 駆動源の熱を用いて車室内に導かれる空気を加熱可能な車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記駆動源を冷却する又は排熱を吸熱する冷却水が流通する駆動源冷却水流路と、
   冷媒が流通する冷媒流路と、
   前記冷媒流路を流通する冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記駆動源冷却水流路の冷却水と前記冷媒流路の冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
   を備え、
   前記冷媒流路には、
   前記凝縮器と前記水冷媒熱交換器との間に、前記凝縮器を通過した冷媒が流通する第１膨張弁が設けられ、
   前記水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間に、前記水冷媒熱交換器を通過した冷媒が流通する第２膨張弁が設けられる、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
2. 請求項１に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記圧縮機の圧縮比を算出する圧縮比算出手段と、
   前記圧縮比に基づいて、前記第２膨張弁の開度を調節する第２膨張弁開度調節手段と、
   をさらに備え、
   前記水冷媒熱交換器は、暖房運転時に、前記駆動源冷却水流路の冷却水の温度が、予め定められた閾値温度よりも高く、かつ、前記車室内に導かれる空気の必要吹出し温度以下である場合に、前記駆動源冷却水流路を流通する冷却水と前記第１膨張弁を流通した冷媒との間で熱交換を行って冷媒に吸熱させ、
   前記第２膨張弁開度調節手段は、前記水冷媒熱交換器が熱交換を行っているときに前記第２膨張弁の開度を調節する、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
3. 請求項２に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記第２膨張弁開度調節手段は、前記圧縮比算出手段によって算出された前記圧縮比が予め定められた閾値比率以下のときに、前記第２膨張弁の開度を絞る、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
4. 請求項３に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記第２膨張弁開度調節手段は、前記圧縮比算出手段によって算出された前記圧縮比が前記閾値比率より大きいときに、前記第２膨張弁の開度を維持又は広げる、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
5. 請求項３に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記冷媒流路には、
   前記第２膨張弁をバイパスする第２膨張弁バイパス流路と、
   前記第２膨張弁バイパス流路の冷媒の流通状態を切り替える開閉弁と、
   がさらに設けられ、
   前記第２膨張弁開度調節手段は、前記圧縮比算出手段によって算出された圧縮比が前記閾値比率より大きいときに、前記開閉弁を開いて、前記第２膨張弁バイパス流路に冷媒を流通させる、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
6. 請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記閾値比率は、前記圧縮機の稼働時の消費電力が最小になる比率である、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
7. 請求項３から請求項６のいずれか一つに記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   前記閾値比率は、前記圧縮機の効率が所定の効率以上になる比率である、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
8. 請求項２から請求項７のいずれか一つに記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   冷却水と車室内に導かれる空気との間で熱交換を行う室内熱交換器をさらに備え、
   前記室内熱交換器は、暖房運転時に、前記駆動源冷却水流路の冷却水の温度が、予め定められた閾値温度よりも高く、かつ、前記車室内に導かれる空気の必要吹出し温度よりも高い場合に、前記駆動源冷却水流路を流通する冷却水と車室内に導かれる空気との間で熱交換を行って車室内に導かれる空気を加熱する、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
9. 請求項２から請求項８のいずれか一つに記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
   外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器をさらに備え、
   前記室外熱交換器は、暖房運転時に、前記駆動源冷却水流路の冷却水の温度が予め定められた閾値温度よりも低い場合に、外気と前記第１膨張弁を流通した冷媒との間で熱交換を行って冷媒に吸熱させる、
   ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
10. 請求項９に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
    前記室外熱交換器を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器をさらに備え、
    前記冷媒流路には、
    前記第１膨張弁をバイパスする第１膨張弁バイパス流路と、
    前記第１膨張弁バイパス流路の冷媒の流通状態を切り替える第１バイパス開閉弁と、
    がさらに設けられ、
    前記第１バイパス開閉弁は、冷房運転時に、前記第１膨張弁バイパス流路に冷媒が流通するように開かれ、
    前記室外熱交換器は、冷房運転時に、外気と前記第１膨張弁バイパス流路を流通した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を冷却する、
    ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
11. 請求項１０に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
    前記冷媒流路には、前記室外熱交換器と前記蒸発器との間に、冷房運転時に前記室外熱交換器を通過した冷媒を膨張させる第３膨張弁が設けられる、
    ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。
12. 請求項１０に記載の車両用のヒートポンプシステムであって、
    前記第２膨張弁開度調節手段は、冷房運転時に前記第２膨張弁の開度を絞り、前記室外熱交換器を通過した冷媒を膨張させる、
    ことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。

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