JP2021091243A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房必要時にヒータコアを迅速に昇温することができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置は、ヒータコア１０と、第１液体循環回路３と、第２液体循環回路５と、ヒートポンプ回路７と、を備えている。第１液体循環回路３は加熱された液体をヒータコア１０に流す。第２液体循環回路５は冷却された液体が流れる。ヒートポンプ回路７は、圧縮機１５と、膨張弁１６と、高圧側熱交換器１７と、低圧側熱交換器１８を有する。低圧側熱交換器１８は、第２液体循環回路５を流れる液体と熱交換可能に第２液体循環回路５に接して配置されている。高圧側熱交換器１７は、第１液体循環回路３を流れる液体と熱交換可能に第１液体循環回路３に接して配置されるとともに、高圧側熱交換器１７の熱交換部がヒータコア１０に対して他流路が合流接続されない直結流路６０によって接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートポンプ回路を用いて室内暖房を行う車両用空調装置に関するものである。

車両用空調装置として、ヒートポンプ回路（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）を用いて室内暖房を行うものが知られている。この種の車両用空調装置の多くは、内部を流れる液体（熱媒体）によって空調空気を加熱するヒータコアと、ヒータコアに液体を流す液体循環回路と、外気を熱源とするヒートポンプ回路（冷凍サイクル）と、を備えている。

ヒートポンプ回路は、吸入した気体冷媒を加圧して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、圧縮機の吐出側と膨張弁の間に介装された凝縮器と、膨張弁と圧縮機の吸入側の間に介装された室外熱交換器と、を備えている。ヒートポンプ回路の凝縮器は、液体循環回路を流れる液体と熱交換可能に液体循環回路に接して配置されている。ヒートポンプ回路では、室外熱交換器で外気から吸熱した冷媒が圧縮機と凝縮器を通して液体循環回路内の液体に熱を伝達する。液体循環回路内の液体に伝達された熱はヒートコアにおいて空調空気を加熱する。

ところで、このような車両用空調装置は、ヒートポンプ回路が室外熱交換器を通して外気から吸熱を行うため、外気の温度が極端に低い状況で外気から吸熱を行うときには、ヒートポンプ回路内の冷媒は、外気よりも温度を下げて吸熱を行うことになる。このため、外気温度が極端に低い状況で暖房運転が行われると、冷媒温度の低下によってヒートポンプ回路を流れる冷媒流量が減少し、ヒータコアの迅速な加熱ができなくなる。

従来、この対策として、ヒートポンプ回路の高圧側に高圧側熱交換器（凝縮器）を介装するとともに、ヒートポンプ回路の低圧側に低圧側熱交換器（蒸発器）を介装し、低圧側熱交換器において、液体流路を流れる液体（熱媒体）との間で低圧側の熱交換（吸熱）を行うようにした車両用空調装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の車両用空調装置は、ヒータコアに液体を流す流路に、高圧側熱交換器との間で熱交換を行う昇温流路と、低圧側熱交換器との間で熱交換を行う降温流路が並列に接続されている。この車両用空調装置では、ヒートポンプ回路が低圧側熱交換器で降温流路から吸熱し、その熱を高温側熱交換器で昇温流路に放熱する。降温流路と昇温流路を流れた液体は混ざり合って、その液体の一部がヒータコアに流れる。この結果、ヒータコアが昇温された液体によって加熱される。この車両用空調装置の場合、ヒートポンプ回路が外気から直接吸熱を行わないため、冷媒温度の低下に伴う圧縮機の吸入側の気体冷媒の密度の低下を抑制し、ヒートポンプ回路を流れる冷媒の流量減少を防ぐことができる。

特開２０１４−２０１１４８号公報

しかし、特許文献１に記載の車両用空調装置は、降温流路と昇温流路を流れて混ざり合った液体の一部がヒータコアを流れる構成とされているため、液体によってヒータコアの温度を昇温するのに長時間を要し、乗員の暖房要求に迅速に対応することが難しかった。

そこで本発明は、暖房必要時にヒータコアを迅速に昇温することができる車両用空調装置を提供しようとするものである。

本発明に係る車両用空調装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る車両用空調装置は、内部を流れる液体の熱によって空調空気を加熱するヒータコア（例えば、実施形態のヒータコア１０）と、加熱された液体を前記ヒータコアに流す第１液体循環回路（例えば、実施形態の第１液体循環回路３）と、冷却された液体が流れる第２液体循環回路（例えば、実施形態の第２液体循環回路５）と、ヒートポンプ回路（例えば、実施形態のヒートポンプ回路７）と、を備え、前記ヒートポンプ回路は、吸入した冷媒を加圧して吐出する圧縮機（例えば、実施形態の圧縮機１５）と、前記圧縮機から吐出された冷媒を減圧膨張させる膨張弁（例えば、実施形態の膨張弁１６）と、前記圧縮機の吐出側と前記膨張弁の間に介装された高圧側熱交換器（例えば、実施形態の高圧側熱交換器１７）と、前記膨張弁と前記圧縮機の吸入側の間に介装された低圧側熱交換器（例えば、実施形態の低圧側熱交換器１８）と、を有し、前記低圧側熱交換器は、前記第２液体循環回路を流れる液体と熱交換可能に前記第２液体循環回路に接して配置され、前記高圧側熱交換器は、前記第１液体循環回路を流れる液体と熱交換可能に前記第１液体循環回路に接して配置されるとともに、前記高圧側熱交換器の熱交換部が前記ヒータコアに対して他流路が合流接続されない直結流路（例えば、実施形態の直結流路６０）によって接続されていることを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置によって暖房を行う場合には、圧縮機を作動させてヒートポンプ回路に冷媒を流す。ヒートポンプ回路の高圧側熱交換器には、圧縮機から送給された高温高圧の気体冷媒が流れ込む。高圧側熱交換器では冷媒が放熱凝縮し、その熱が第１液体循環回路内を流れる液体に伝達される。高圧側熱交換器で加熱された第１液体循環回路内の液体は、直結流路を通してヒータコアに流入し、ヒータコアを昇温する。ヒートポンプ回路を循環する冷媒は外気によって直接冷却されないため、圧縮機に吸入される気体冷媒の密度が外気温の低下によって極端に低下することがない。さらに、第１液体循環回路と第２液体循環回路を流れる液体の流量を適宜調整する（例えば、第１液体循環回路を流れる液体の流量を減少させ、第２液体循環回路を流れる液体の流量を増加させる）ことにより、ヒートポンプ回路内を流れる冷媒の密度の低下を抑制して、圧縮機の能力の低下を防止することができる。
また、本発明に係る車両用空調装置の場合、ヒータコアには、直結流路を通して高圧側熱交換器で加熱された液体のみが流入するため、ヒータコアは、空調空気を効率良く迅速に加熱することができる。

前記第２液体循環回路は、エンジンの冷却水との間で熱交換を行うエンジン用熱交換器（例えば、実施形態のエンジン用熱交換器４６）に対して接続可能としても良い。

この場合、エンジンの冷却水の熱を第２液体循環回路内の液体に取り込み、ヒートポンプ回路を介してヒータコアを効率良く加熱することができる。

前記第２液体循環回路は、発熱部品（例えば、実施形態の発熱部品１４）の熱交換部と接続可能としても良い。

この場合、発熱部品の発する熱を第２液体循環回路内の液体に取り込み、ヒートポンプ回路を介してヒータコアを効率良く加熱することができる。また、第２液体循環回路内では、低圧側熱交換器で冷却された液体によって発熱部品を効率良く冷却することができる。

前記発熱部品は、モータ駆動回路（例えば、実施形態のモータ駆動回路４５）であっても良い。

この場合、モータ駆動回路の発する熱を利用してヒータコアを効率良く加熱することができるとともに、低圧側熱交換器で冷却された液体によってモータ駆動回路を効率良く冷却することができる。

前記発熱部品は、バッテリ（例えば、実施形態のバッテリ１２）であっても良い。

この場合、バッテリの発する熱を利用してヒータコアを効率良く加熱することができるとともに、低圧側熱交換器で冷却された液体によってバッテリを効率良く冷却することができる。

前記バッテリの熱交換部は、前記第１液体循環回路と前記第２液体循環回路に対して接続切り換え可能としても良い。

この場合、例えば、寒冷地等で外気温度の低下によってバッテリの電圧が低下する状況では、バッテリの熱交換部を第１液体循環回路に接続することにより、ヒートポンプ回路の高圧側熱交換器で加熱された液体によってバッテリを迅速に加熱することができる。一方、バッテリの温度が規定の温度よりも上昇した場合には、バッテリの熱交換部を第２液体循環回路に接続することにより、ヒートポンプ回路の低圧側熱交換器で冷却された液体によってバッテリを冷却することができる。

前記第２液体循環回路は、外気との間で熱交換を行う外気熱交換器（例えば、実施形態のラジエータ４４）に対して接続可能としても良い。

この場合、外気の温度がある程度以上に高い場合には、外気の熱を利用してヒータコアを効率良く加熱することができる。

前記第２液体循環回路は、前記第１液体循環回路に対して接続可能としても良い。

この場合、発熱機器やバッテリ等の熱を利用できない状況では、第２液体循環回路を第１液体循環回路に接続することにより、第１液体循環回路を流れる高温の液体の一部を第２液体循環回路に流し、その液体の熱を低圧側熱交換器で取り込む。そして、この熱をヒートポンプ回路によって高圧側熱交換器側に移動させ、高圧側熱交換器と第１液体循環回路内の液体を通してヒータコアを加熱する。

前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機の吸入側と吐出側には、空調用膨張弁（例えば、実施形態の空調用膨張弁１９）と空調用エバポレータ（例えば、実施形態の空調用エバポレータ２０）が、前記膨張弁と前記低圧側熱交換器を接続する通路と並列に接続されるようにしても良い。

この場合、ヒートポンプ回路に接続された空調用膨張弁と空調用エバポレータとによって空調空気の冷却や除湿を行うことができる。

本発明では、高圧側熱交換器の熱交換部がヒータコアに対して直結流路によって接続されているため、暖房必要時に、高圧側熱交換器で加熱された液体のみをヒータコアに流すことができる。したがって、本発明に係る車両用空調装置を採用した場合には、暖房必要時にヒータコアを迅速に昇温することができる。

本発明の実施形態の車両用空調装置の概略構成図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の空調ユニットを示す構成図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の外気吸熱除湿暖房運転の一作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の外気吸熱除湿暖房運転の他の作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置のバッテリ吸熱除湿暖房運転の一作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の外気吸熱、ＰＤＵ吸熱及びバッテリ吸熱除湿暖房運転の一作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の自己加熱暖房運転の一作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の自己加熱暖房運転の他の作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の冷房運転の一作動形態を示す回路図。 本発明の実施形態の車両用空調装置の冷房運転の他の作動形態を示す回路図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
以下で説明する実施形態では、車両駆動のためにエンジン（内燃機関）と電動モータを搭載したハイブリッド車両に車両用空調装置が適用されている。しかし、車両用空調装置は、ハイブリッド車両に限らず、駆動源としてエンジンのみを搭載する車両や、電動モータのみを搭載する電気自動車等にも適用することができる。

図１は、実施形態の車両用空調装置１（以下、「空調装置１」と呼ぶ。）の概略構成図である。
空調装置１は、内部を流れる液体の熱によって空調空気を加熱するヒータコア１０と、昇温された液体（熱媒体）をヒータコア１０に流す第１液体循環回路３と、冷却された液体が流れる第２液体循環回路５と、ヒートポンプ作用によって第２液体循環回路５から吸熱した熱を第１液体循環回路３に放熱するヒートポンプ回路７と、を備えている。

第１液体循環回路３には、熱媒体である液体を回路内に流すための第１ポンプ１１が介装されている。また、第１液体循環回路３には、バッテリ１２の熱交換部に液体を流すためのバッテリ流路３５が接続可能とされている。バッテリ１２は、車両駆動用の電動モータや補機類に対して電力を供給するとともに、電動モータの回生電力や発電機で発電された電力を蓄電する。

第２液体循環回路５には、熱媒体である液体を回路内に流すための第２ポンプ１３が介装されている。また、第２液体循環回路５には、ラジエータ（外気熱交換器）や、モータ駆動回路（ＰＤＵ）等の発熱部品１４の熱交換部が接続可能とされている。第１液体循環回路３や第２液体循環回路５を流れる液体としては、エチレングリコール等を主成分とした熱伝導性が高く、凍結しにくい液体が用いられる。第１ポンプ１１と第２ポンプ１３は、電動式のポンプによって構成されている。

ヒートポンプ回路７は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって構成されている。具体的には、ヒートポンプ回路７は、吸入した気体冷媒を加圧して吐出する電動式の圧縮機１５と、圧縮機１５から吐出された冷媒を減圧膨張させる膨張弁１６と、圧縮機１５の吐出側と膨張弁１６の間に介装された高圧側熱交換器１７（凝縮器）と、膨張弁１６と圧縮機１５の吸入側との間に介装された低圧側熱交換器１８（蒸発器）と、を有している。ヒートポンプ回路７を流れる冷媒としては、例えば、クロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボン等を用いることができる。

また、本実施形態の場合、ヒートポンプ回路７の圧縮機１５の吸入側と吐出側には、空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０が、膨張弁１６と低圧側熱交換器１８を接続する通路と並列に介装されている。ヒートポンプ回路７に対する空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０の接続と遮断は開閉弁２１によって切り換えられる。空調用エバポレータ２０とヒータコア１０は、車室内に空調空気を吹き出す空調ユニット２２（図２参照）に介装されている。

図２は、空調ユニット２２の構成図である。
空調ユニット２２は、空調空気が流通する空調ダクト２３と、この空調ダクト２３内に収容されたブロア２４、空調用エバポレータ２０、エアミックスドア２５、及び、ヒータコア１０と、を備えている。

空調ダクト２３は、空気取込口２６ａ，２６ｂと空気吹出口２７ａ，２７ｂを有する。上述したブロア２４、空調用エバポレータ２０、エアミックスドア２５、及び、ヒータコア１０は、空調ダクト２３における空調空気の流通方向の上流側（空気取込口２６ａ，２６ｂ側）から下流側（空気吹出口２７ａ，２７ｂ側）に向けてこの順に配置されている。

空気取込口２６ａ，２６ｂは、それぞれ内気を取り込む内気取込口と、外気を取り込む外気取込口を構成している。空気取込口２６ａ，２６ｂは、内気ドア２８と外気ドア２９によってそれぞれ開閉される。内気ドア２８と外気ドア２９の開閉は、図示しない制御装置によって制御される。

空気吹出口２７ａ，２７ｂは、それぞれＶＥＮＴ吹出口とＤＥＦ吹出口を構成している。各空気吹出口２７ａ，２７ｂは、ＶＥＮＴドア３０とＤＥＦドア３１によりそれぞれ開閉可能とされている。各空気吹出口２７ａ，２７ｂは、例えば、図示しない制御装置による制御によりＶＥＮＴドア３０とＤＥＦドア３１の開閉が切り換えられることで、車室内に対する空調空気の吹き出し位置を変更可能とされている。

ブロア２４は、図示しない制御装置によって風量を制御される。ブロア２４は、空気取込口２６ａ，２６ｂから空調ダクト２３内に取り込まれた空調空気（内気と外気の少なくとも一方）を下流側、つまり空調用エバポレータ２０、及び、ヒータコア１０に向けて送出する。

空調用エバポレータ２０は、内部に流入した低温、低圧の冷媒と空調ダクト２３内の空調空気との間で熱交換を行う。空調用エバポレータ２０は、冷媒が蒸発する際の吸熱により、空調用エバポレータ２０を通過する空調空気を冷却する。

ヒータコア１０は、内部に流入した第１液体循環回路３内の液体（熱媒体）と空調空気との間で熱交換を行う。ヒータコア１０は、内部を流れる液体の熱を放熱することにより、ヒータコア１０を通過する空調空気を加熱する。

エアミックスドア２５は、図示しない制御装置による制御によって回動操作される。エアミックスドア２５は、空調ダクト２３内の空調用エバポレータ２０の下流側からヒータコア１０に向かう通風経路を開放する加熱位置と、ヒータコア１０に向かう通風経路を閉塞する冷却位置との間で回動する。エアミックスドア２５の回動位置が制御装置によって制御されることにより、空調用エバポレータ２０を通過した空調空気のうちの、ヒータコア１０を通過する空調空気の風量と、ヒータコア１０を迂回する空調空気の風量の割合が調整される。

図３〜図１０は、空調装置１のヒートポンプ回路７と、第１液体循環回路３、及び、第２液体循環回路５を併せて記載した空調装置１の具体的な回路図である。なお、図３〜図１０において、回路中に密のドットが付けられた部分は、相対的に高温の液体や冷媒が流れる部分を示している。また、回路中に疎のドットが付けられた部分は、相対的に低温の液体や冷媒が流れる部分を示している。

ヒートポンプ回路７には、前述のように圧縮機１５、高圧側熱交換器１７、膨張弁１６、低圧側熱交換器１８（チラー）、空調用膨張弁１９、及び、空調用エバポレータ２０が介装されている。

第１液体循環回路３は、第１ポンプ１１の吐出部から高圧側熱交換器１７の熱交換部を経てヒータコア１０に至る加熱流路３ａと、ヒータコア１０から第１逆止弁３３と第１三方弁３４を介して第１ポンプ１１の吸入部に至る戻り流路３ｂと、を有する。第１逆止弁３３は、ヒータコア１０の下流部から第１ポンプ１１の吸入部側に向かう液体の流れのみを許容する。

高圧側熱交換器１７は、第１液体循環回路３を流れる液体と熱交換可能に第１液体循環回路３に接して配置されている。また、加熱流路３ａのうちの高圧側熱交換器１７の熱交換部とヒータコア１０の間は、他流路が合流接続されない直結流路６０によって構成されている。

また、戻り流路３ｂの第１逆止弁３３の上流位置と第１ポンプ１１の吸入部には、バッテリ１２の熱交換部に液体を流すためのバッテリ流路３５が並列に接続されている。バッテリ流路３５のうちの、バッテリ１２の熱交換部の上流側には、第２三方弁３６と開閉弁３７が介装されている。第２三方弁３６は、バッテリ流路３５の開閉弁３７よりも上流側に配置されている。また、バッテリ流路３５のうちの、バッテリ１２の熱交換部の下流側は二股に分岐し、一方の分岐路３５ａには第２逆止弁３８が介装され、他方の分岐路３５ｂには第３逆止弁３９が介装されている。一方の分岐路３５ａは、第２逆止弁３８を介して第１ポンプ１１の吸入部に接続されている。第２逆止弁３８は、バッテリ１２の熱交換部から第１ポンプ１１の吸入部に向かう液体の流れのみを許容する。他方の分岐路３５ｂは、第３逆止弁３９を介して後述する第２液体循環回路５の第２ポンプ１３の吸入部に接続されている。第３逆止弁３９は、バッテリ１２の熱交換部から第２ポンプ１３の吸入部に向かう液体の流れのみを許容する。

第２液体循環回路５は、第２ポンプ１３から吐出された液体を低圧側熱交換器１８（チラー）に流す降温流路５ａを有する。降温流路５ａの低圧側熱交換器１８よりも下流側には、第４逆止弁４０を介してラジエータ流路４１と駆動回路流路４２が直列に接続されている。駆動回路流路４２の下流側は、第３三方弁４３を介して第２ポンプ１３の吸入部に接続されている。第４逆止弁４０は、低圧側熱交換器１８からラジエータ流路４１に向かう液体の流れのみを許容する。ラジエータ流路４１は、外気熱交換器であるラジエータ４４の熱交換部に液体を流すための流路である。駆動回路流路４２は、車両駆動用の電動モータのモータ駆動回路４５（ＰＤＵ）の熱交換部に液体を流すための流路である。

また、降温流路５ａの低圧側熱交換器１８よりも上流側には、エンジンＥの冷却水との間で熱交換を行うエンジン用熱交換器４６が配置されている。エンジン用熱交換器４６は、降温流路５ａの低圧側熱交換器１８よりも上流側を流れる液体にエンジンＥの冷却水の熱を吸熱させる。なお、エンジン用熱交換器４６に接続される冷却水通路には、エンジン用熱交換器４６に向かう冷却水の流れを遮断可能な図示しない切換弁が介装されている。

第１液体循環回路３の戻り流路３ｂに配置された第１三方弁３４は、図示しない制御装置による制御により、以下の３つの流路の接続形態に切り換えることができる。
（ａ１）第１逆止弁３３の下流部を第１ポンプ１１の吸入部に接続（図３〜図６参照）。
（ａ２）第１逆止弁３３の下流部を、第４逆止弁４０の下流位置で、ラジエータ流路４１の上流部に接続（図９，図１０参照）。
（ａ３）第１逆止弁３３の下流部を、第１ポンプ１１の吸入部と、第２液体循環回路５の第４逆止弁４０の下流位置とに接続（図７，図８参照）。

バッテリ流路３５の上流部に配置された第２三方弁３６は、図示しない制御装置による制御により、以下の２つの流路の接続形態に切り換えることができる。
（ｂ１）第１液体循環回路３の戻り流路３ｂのうちの、第１逆止弁３３の上流側位置を、バッテリ流路３５の上流部に接続（図３，図４，図７，図８参照）。
（ｂ２）第２液体循環回路３の降温流路５ａのうちの、第４逆止弁４０の上流側位置を、バッテリ流路３５の上流部に接続（図５，図６，図９，図１０参照）。

駆動回路流路４２の下流部に配置された第３三方弁４３は、図示しない制御装置による制御により、以下の３つの流路の接続形態に切り換えることができる。
（ｃ１）駆動回路流路４２の下流部を、第２ポンプ１３の吸入部に接続（図３，図４，図６参照）。
（ｃ２）第２ポンプ１３の吸入部を、第１液体循環回路３の戻り流路３ｂのうちの、第１逆止弁３３の下流側位置に接続（図７，図８参照）。
（ｃ３）駆動回路流路４２の下流部を、第１ポンプ１１の吸入部に接続（図５，図９，図１０参照）。

本実施形態の空調装置１は、上記の３つの三方弁３４，３６，４３の接続形態の組み合わせにより、図３〜図１０の各図に示すような複数の液体の流れを作り出すことができる。図３〜図１０の各図に示す液体の流れは、上記の第１〜第３三方弁３４，３６，４３と第１〜第４逆止弁３３，３８，３９，４０から成る流路切換部ａによって切り換えられる。
以下、図３〜図１０の各図に示す液体の流れについて説明する。

図３，図４では、第１三方弁３４は上記のａ１の接続形態に切り換えられ、第２三方弁３６は上記のｂ１の接続形態に切り換えられている。第３三方弁４３は上記のｃ１の接続形態に切り換えられている。
この場合、第１ポンプ１１の吐出部から吐出された液体は、加熱流路３ａの高圧側熱交換器１７とヒータコア１０を通過して戻り流路３ｂから第１ポンプ１１の吸入部に戻される。また、第２ポンプ１３の吐出部から吐出された液体は、エンジン用熱交換器４６と降温流路５ａの低圧側熱交換器１８を通過した後に、ラジエータ流路４１と駆動回路流路４２を通って第２ポンプ１３の吸入部に戻される。
図３では、バッテリ流路３５の開閉弁３７が閉じられているため、バッテリ流路３５には液体が流れない。
図４では、バッテリ流路３５の開閉弁３７が開いているため、ヒータコア１０を通過した液体の一部は、第２三方弁３６を通してバッテリ流路３５に流れ込み、バッテリ１２の熱交換部を通過した後に第２逆止弁３８を通って第１ポンプ１１の吸入部に戻される。

図５では、第１三方弁３４は上記のａ１の接続形態に切り換えられ、第２三方弁３６は上記のｂ２の接続形態に切り換えられている。第３三方弁４３は上記のｃ３の接続形態に切り換えられている。
この場合、第１ポンプ１１の吐出部から吐出された液体は、加熱流路３ａの高圧側熱交換器１７とヒータコア１０を通過して戻り流路３ｂから第１ポンプ１１の吸入部に戻される。また、第２ポンプ１３の吐出部から吐出された液体は、降温流路５ａのエンジン用熱交換器４６と低圧側熱交換器１８を通過した後に、第２三方弁３６、開閉弁３７、バッテリ１２の熱交換部、第３逆止弁３９を順次通って第２ポンプ１３の吸入部に戻される。

図６では、第１三方弁３４は上記のａ１の接続形態に切り換えられ、第２三方弁３６は上記のｂ２の接続形態に切り換えられている。第３三方弁４３は上記のｃ１の接続形態に切り換えられている。
この場合、第１ポンプ１１の吐出部から吐出された液体は、加熱流路３ａの高圧側熱交換器１７とヒータコア１０を通過して戻り流路３ｂから第１ポンプ１１の吸入部に戻される。また、第２ポンプ１３の吐出部から吐出された液体は、降温流路５ａのエンジン用熱交換器４６と低圧側熱交換器１８を通過した後に、ラジエータ流路４１と駆動回路流路４２を通って第２ポンプ１３の吸入部に戻される。さらに、低圧側熱交換器１８を通過した液体の一部は、第４逆止弁４０の上流側で分岐し、第２三方弁３６、開閉弁３７、バッテリ１２の熱交換部、第３逆止弁３９を順次通って第２ポンプ１３の吸入部に戻される。

図７，図８では、第１三方弁３４は上記のａ３の接続形態に切り換えられ、第２三方弁３６は上記のｂ１の接続形態に切り換えられている。第３三方弁４３は上記のｃ２の接続形態に切り換えられている。
この場合、第１ポンプ１１の吐出部から吐出された液体は、加熱流路３ａの高圧側熱交換器１７とヒータコア１０を通過して戻り流路３ｂから第１ポンプ１１の吸入部に戻される。このとき、戻り流路３ｂを流れる液体の一部は、第３三方弁４３の方向に分岐し、第２液体循環回路５の第２ポンプ１３の吸入部に吸入される。そして、第２ポンプ１３の吐出部から吐出された液体は、降温流路５ａのエンジン用熱交換器４６と低圧側熱交換器１８を通過した後に、第４逆止弁４０と第１三方弁３４を通って第１液体循環回路３の戻り流路３ｂに戻される。

図７では、バッテリ流路３５の開閉弁３７が閉じられているため、バッテリ流路３５には液体が流れない。
図８では、バッテリ流路３５の開閉弁３７が開いているため、ヒータコア１０を通過した液体の一部は、第２三方弁３６を通してバッテリ流路３５に流れ込み、バッテリ１２の熱交換部を通過した後に第２逆止弁３８を通って第１ポンプ１１の吸入部に戻される。

図９，図１０では、第１三方弁３４は上記のａ２の接続形態に切り換えられ、第２三方弁３６は上記のｂ２の接続形態に切り換えられている。第３三方弁４３は上記のｃ３の接続形態に切り換えられている。
この場合、第１ポンプ１１の吐出部から吐出された液体は、加熱流路３ａの高圧側熱交換器１７とヒータコア１０を通過した後に、第１逆止弁３３、第１三方弁３４、ラジエータ流路４１、駆動回路流路４２、第３三方弁４３を順次通過して第１ポンプ１１の吸入部に戻される。

図９では、バッテリ流路３５の開閉弁３７が閉じられているため、バッテリ流路３５には液体が流れない。
図１０では、バッテリ流路３５の開閉弁３７が開いているため、第２ポンプ１３の吐出部から吐出された液体は、降温流路５ａの低圧側熱交換器１８を通過した後に、第２三方弁３６、開閉弁３７、バッテリ１２の熱交換部、第３逆止弁３９を順次通って第２ポンプ１３の吸入部に戻される。

つづいて、図３〜図１０の各図に示す空調装置１の作動について説明する。図３〜図６は、４つの異なる除湿暖房モードでの作動を示し、図７，図８は、２つの異なる暖房モードでの作動を示し、図９，図１０は、２つの異なる冷房モードでの作動を示している。

＜除湿暖房モード１＞
図３に示す除湿暖房モード１は、外気の熱とモータ駆動回路４５の熱とエンジンＥの冷却水の熱をヒートポンプ回路７の吸熱側の熱源とし、その熱源の熱を利用してヒートポンプ回路７の高圧側熱交換器１７によって第１液体循環回路３内の液体を昇温させる。また、除湿暖房モード１では、空調用エバポレータ２０によって空調空気を除湿しつつ、その空調空気をヒータコア１０によって加熱する。このとき、バッテリ流路３５の開閉弁３７は制御装置による制御によって閉じられ、空調用エバポレータ２０のある通路の開閉弁２１は制御装置による制御によって開かれる。

除湿暖房モード１では、ヒートポンプ回路７の圧縮機１５と各液体循環回路の第１ポンプ１１と第２ポンプ１３が作動すると、ヒートポンプ回路７の低圧側熱交換器１８が、第１液体循環回路３内の液体から吸熱し、その熱を圧縮機１５による圧縮熱とともに高圧側熱交換器１７に移動させる。高圧側熱交換器１７では、気体冷媒の凝縮に伴う放熱によって第１液体循環回路３内を流れる液体を昇温させる。昇温された液体は、空調ユニット２２内のヒータコア１０を加熱する。一方、ヒートポンプ回路７内を流れる冷媒の一部は、空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０を通過し、このとき空調用エバポレータ２０が空調ユニット２２において空調空気を冷却する。

また、ヒートポンプ回路７の低圧側熱交換器１８で降温された第２液体循環回路５内の液体は、ラジエータ流路４１と駆動回路流路４２を通過して第２ポンプ１３の吸入部に入り、第２ポンプ１３から低圧側熱交換器１８に送出される。この間、第２液体循環回路５内を流れる液体は、ラジエータ４４において外気から吸熱を行うとともに、駆動回路流路４２の熱交換部においてモータ駆動回路４５の熱を吸熱し、さらにエンジン用熱交換器４６においてエンジンＥの冷却水の熱を吸熱する。

＜除湿暖房モード２＞
図４に示す除湿暖房モード２は、基本作動は図３に示す除湿暖房モード１と同様であるが、ヒータコア１０によって加熱された第１液体循環回路３内の液体の一部がバッテリ１２の熱交換部を流れる点についてのみ除湿暖房モード１と異なっている。この除湿暖房モード２は、冷寒地等においてバッテリ１２の温度が規定の温度よりも低下したときに用いられる。

＜除湿暖房モード３＞
図５に示す除湿暖房モード３は、基本作動は図３に示す除湿暖房モード１と同様であるが、低圧側熱交換器１８で降温された第２液体循環回路５内の液体がラジエータ流路４１と駆動回路流路４２を流れずにバッテリ１２の熱交換部を流れる点が除湿暖房モード１と異なっている。この除湿暖房モード３は、バッテリ１２の充放電等によってバッテリ１２の温度が規定の温度よりも上昇したときに用いられる。この除湿暖房モード３では、発熱したバッテリ１２の熱を、ヒートポンプ回路７の低圧側の熱源として利用することができる。
また、除湿暖房モード３では、ラジエータ４４を通して外気からの吸熱を行わないため、外気が低温・多湿の状況であっても、ラジエータ４４への着霜を防止することができる。

＜除湿暖房モード４＞
図６に示す除湿暖房モード４は、基本作動は図３に示す除湿暖房モード１と同様であるが、低圧側熱交換器１８で降温された第２液体循環回路５内の液体がラジエータ流路４１と駆動回路流路４２に加えてバッテリ１２の熱交換部にも流れる点が除湿暖房モード１と異なっている。

＜暖房モード１＞
図７に示す暖房モード１は、外気やモータ駆動回路４５、バッテリ１２の熱等を熱源とせず、エンジンＥの冷却水の熱とヒートポンプ回路７の圧縮機１５による圧縮熱によって第１液体循環回路３内の液体を昇温させる。エンジンＥの冷却水の温度が低い場合には、圧縮機１５の圧縮熱のみによって第１液体循環回路３内の液体を昇温させる。また、ヒートポンプ回路７の空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０のある流路は、開閉弁２１によって閉じられる。

暖房モード１では、ヒートポンプ回路７の高圧側熱交換器１７によって昇温された第１液体循環回路３内の液体によってヒータコア１０を加熱する。このとき、昇温された第１液体循環回路３内の液体の一部は、第２液体循環回路５の降温流路５ａに流れ込み、低圧側熱交換器１８において、ヒートポンプ回路７の低圧側に吸熱される。
なお、暖房モード１の作動開始時には、制御装置による第１ポンプ１１と第２ポンプ１３の制御により、第１液体循環回路３と第２液体循環回路５を流れる液体の流量を調整する。具体的には、第１液体循環回路３を流れる液体の流量を（最小に）減少させ、第２液体循環回路５を流れる液体の流量を（最大に）増大させる。このとき、空調ユニット２２内のエアミックスドア２５（図２参照）は、ヒータコア１０に向かう通風流路を閉じていることが望ましい。上記のように第１液体循環回路３内を流れる液体の流量が（最小に）減少すると、ヒートポンプ回路７内の高圧側熱交換器１７での放熱量が減少し、その結果、圧縮機１５の吐出側の圧力が高まる。圧縮機１５の吐出側の圧力が高まると、圧縮機１５の能力が高まり、第１液体循環回路３を流れる冷媒の流量が増大する。これにより、第１液体循環回路３の加熱流路３ａを流れる液体の昇温速度を速め、ヒータコア１０の早期の温度上昇を促すことができる。

また、暖房モード１での運転中には、制御装置が第１液体循環回路３や第２液体循環回路５の各部の温度を管理し、各部の温度変化に応じて第１ポンプ１１と第２ポンプ１３の吐出流量を適宜制御する。これにより、ヒータコア１０の加熱効率が高まるように、第２液体循環回路５の降温流路５ａから第１液体循環回路３への液体の流入量が調整される。
また、暖房モード１では、除湿暖房モード３と同様に、ラジエータ４４を通した外気からの吸熱が行われない。このため、暖房モード１を採用した場合には、外気が低温・多湿の状況であっても、ラジエータ４４への着霜を防止することができる。

＜暖房モード２＞
図８に示す暖房モード２は、基本作動は図７に示す暖房モード１と同様であるが、ヒータコア１０によって加熱された第１液体循環回路３内の液体の一部がバッテリ１２の熱交換部を流れる点についてのみ暖房モード１と異なっている。この暖房モード２は、冷寒地等においてバッテリ１２の温度が規定の温度よりも低下したとき等に用いられる。
この暖房モードの場合も、作動開始時には、第１ポンプ１１の吐出流量が制御装置による制御によって小流量に調整され、それによって第１液体循環回路３の加熱流路３ａやバッテリ流路３５を流れる液体の昇温速度が速められる。この結果、ヒータコア１０とバッテリ１２の早期の温度上昇が促される。

＜冷房モード１＞
図９に示す冷房モード１は、ヒートポンプ回路７の空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０のある流路が開閉弁２１によって開かれ、低圧側熱交換器１８では第２液体循環回路５内の液体との間で熱交換を行わない。また、高圧側熱交換器１７では、第１液体循環回路３内の液体との間で熱交換を行う。このとき、高圧側熱交換器１７から第１液体循環回路３内の液体に放熱が行われるため、第１液体循環回路３内のヒータコア１０は加熱される。このとき、図２に示す空調ユニット２２内においては、ヒータコア１０の上流側の通風経路がエアミックスドア２５によって閉塞される。この結果、車室内に吹き出される空調空気の温度上昇は抑制される。

また、冷房モード１では、第１液体循環回路３の戻り流路３ｂに、ラジエータ流路４１と駆動回路流路４２が接続されている。ラジエータ流路４１に流入した液体は、ラジエータ４４において外気に放熱する。ラジエータ４４を通過して降温された液体は、駆動回路流路４２においてモータ駆動回路４５の熱を吸熱する。

＜冷房モード２＞
図１０に示す冷房モード２は、図９に示す冷房モード１と同様に、空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０のある流路が開閉弁２１によって開かれ、第１液体循環回路３内の液体がラジエータ流路４１と駆動回路流路４２を流れる。冷房モード２では、冷房モード１と同様にして空調空気を冷却する。

冷房モード２では、第２ポンプ１３が作動して、第２液体循環回路５内を液体が流れる。第２液体循環回路５内を流れる液体は、ヒートポンプ回路７の低圧側熱交換器１８において、ヒートポンプ回路７内の冷媒によって冷却される。低圧側熱交換器１８で冷却された第２液体循環回路５内の液体は、バッテリ１２の熱交換部を流れて第２ポンプ１３に戻される。この結果、バッテリ１２が第２液体循環回路５内を流れる液体によって冷却される。

以上のように、本実施形態の空調装置１は、ヒートポンプ回路７の低圧側熱交換器１８で第２液体循環回路５から取り込んだ熱をヒートポンプ回路７の高圧側熱交換器１７に移動させ、高圧側熱交換器１７において第１液体循環回路内１８内を流れる液体を昇温する。そして、昇温された第１液体循環回路内１８内の液体により、ヒータコア１０を加熱して空調ユニット２２において車室内に暖房風を吹き出す。本実施形態の空調装置１では、第２液体循環回路５内の液体にエンジンＥの熱や発熱部品１４の熱、外気の熱等を取り込むことにより、ヒータコア１０を効率良く加熱することができる。

また、本実施形態の空調装置１では、ヒートポンプ回路７の低圧側熱交換器１８が第１液体循環回路３内の液体から吸熱を行うため、ヒートポンプ回路７を循環する冷媒は外気によって直接冷却されない。このため、外気の温度が低い状況でも圧縮機１５に吸入される気体冷媒の密度が極端に低下することがない。したがって、本実施形態の空調装置１を採用した場合、寒冷地等で外気温度が極端に低い状況下においても、ヒートポンプ回路７での熱伝達効率の低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態の空調装置１では、高圧側熱交換器１７の熱交換部が、ヒータコア１０に対して他流路が合流接続されない直結流路６０によって接続されているため、暖房必要時に、高圧側熱交換器１７で加熱された液体のみをヒータコア１０に流すことができる。したがって、本実施形態の空調装置１を採用した場合には、暖房必要時にヒータコア１０を迅速に昇温することができる。

また、本実施形態の空調装置１では、第２液体循環回路５の降温流路５ａが、エンジンＥの冷却水との間で熱交換を行うエンジン用熱交換器４６と接続可能とされている。このため、第２液体循環回路５の降温流路５ａをエンジン用熱交換器４６と接続することにより、エンジンの冷却水の熱を第２液体循環回路５内の液体に取り込み、ヒートポンプ回路７を介してヒータコア１０を効率良く加熱することができる。

本実施形態の空調装置１では、第２液体循環回路５の降温流路５ａが、発熱部品１４であるモータ駆動回路４５の熱交換部と接続可能とされている。このため、第２液体循環回路５の降温流路５ａをモータ駆動回路４５の熱交換部と接続することにより、モータ駆動回路４５の熱を２液体循環回路５内の液体に取り込み、ヒートポンプ回路７を介してヒータコア１０を効率良く加熱することができる。また、本実施形態の空調装置１を採用した場合には、低圧側熱交換器１８で冷却された液体によって発熱部品１４であるモータ駆動回路４５を効率良く冷却することができる。

また、本実施形態の空調装置１では、第２液体循環回路５の降温流路５ａが、発熱部品１４であるバッテリ１２の熱交換部と接続可能とされている。このため、第２液体循環回路５の降温流路５ａをバッテリ１２の熱交換部と接続することにより、バッテリ１２の熱を２液体循環回路５内の液体に取り込み、ヒートポンプ回路７を介してヒータコア１０を効率良く加熱することができる。また、本実施形態の空調装置１を採用した場合には、低圧側熱交換器１８で冷却された液体によってバッテリ１２を効率良く冷却することができる。

また、本実施形態の空調装置１は、バッテリ１２の熱交換部が第１液体循環回路３の加熱流路３ａと第２液体循環回路５の降温流路５ａに対して接続切り換え可能とされている。このため、冷寒地等でバッテリ１２の温度の低い状況等では、バッテリ１２の熱交換部に第１液体循環回路３の加熱流路３ａの高温の液体を流すことにより、バッテリ１２を加熱してバッテリ１２の電圧低下等を抑制することができる。また、バッテリ１２の温度が規定の温度よりも上昇した場合には、バッテリ１２の熱交換部に第２液体循環回路５の降温流路５ａの低温の液体を流すことにより、バッテリ１２を冷却することができる。

さらに、本実施形態の空調装置１は、第２液体循環回路５の降温流路５ａに対して外気熱交換器であるラジエータ４４が接続可能とされている。このため、外気の温度がある程度以上に高い場合には、外気の熱をラジエータ４４で吸熱して、その熱を低圧側熱交換器１８を通してヒートポンプ回路７に取り込み、高圧側熱交換器１７を通して第１液体循環回路３内のヒータコア１０を加熱することができる。したがって、外気からの吸熱によってヒータコア１０を効率良く加熱することができる。

また、本実施形態の空調装置１は、第２液体循環回路５の降温流路５ａが第１液体循環回路３の加熱流路３ａに対して並列に接続可能とされている。このため、モータ駆動回路４５やバッテリ１２等の熱を利用できない状況では、第２液体循環回路５の降温流路５ａを第１液体循環回路３の加熱流路３ａに接続することにより、加熱流路３ａを流れる高温の液体の一部を降温流路５ａに流し、その熱を低圧側熱交換器１８で取り込むことができる。したがって、本実施形態の空調装置１を採用した場合には、モータ駆動回路４５やバッテリ１２等の熱を利用できない状況であっても、加熱流路３ａの液体の熱の一部を低圧側熱交換器１８でヒートポンプ回路７に取り込み、高圧側熱交換器１７と第１液体循環回路３内の液体を通してヒータコア１０を加熱することができる。

さらに、本実施形態の空調装置１の場合、上述した暖房モード１（図７参照）や暖房モード２では、ラジエータ４４による外気吸熱を行わずに、加熱流路３ａを流れる高温の液体の一部を降温流路５ａに流し、その熱を低圧側熱交換器１８で取り込む。このため、着霜等によってラジエータ４４による吸熱が行えない外気環境であっても、ヒータコア１０の加熱を実行することができる。
そして、本実施形態の空調装置１は、外気温度が極端に低い場合の対策として、電気ヒータを搭載する必要がない。このため、本実施形態の空調装置１を採用した場合には、車両に搭載するに際して、高電圧系統の配線が不要になるうえ、車両重量の増加や製品コストの高騰を抑制することができる。

また、本実施形態の空調装置１は、ヒートポンプ回路７の圧縮機１５の吸入側と吐出側に対し、空調用膨張弁１９と空調用エバポレータ２０がヒートポンプ回路７の膨張弁１６と低圧側熱交換器１８を接続する通路と並列に接続されている。このため、本実施形態の空調装置１を採用した場合には、ヒートポンプ回路７の高圧側熱交換器１７で第１液体循環回路３に放熱を行いつつ、空調用エバポレータ２０によって空調空気の冷却や除湿を行うことができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１…車両用空調装置
３…第１液体循環回路
５…第２液体循環回路
７…ヒートポンプ回路
１０…ヒータコア
１２…バッテリ
１４…発熱部品
１５…圧縮機
１６…膨張弁
１７…高圧側熱交換器
１８…低圧側熱交換器
１９…空調用膨張弁
２０…空調用エバポレータ
４４…ラジエータ４４（外気熱交換器）
４５…モータ駆動回路
４６…エンジン用熱交換器
６０…直結流路

Claims (9)

1. 内部を流れる液体の熱によって空調空気を加熱するヒータコアと、
   加熱された液体を前記ヒータコアに流す第１液体循環回路と、
   冷却された液体が流れる第２液体循環回路と、
   ヒートポンプ回路と、を備え、
   前記ヒートポンプ回路は、
   吸入した冷媒を加圧して吐出する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、
   前記圧縮機の吐出側と前記膨張弁の間に介装された高圧側熱交換器と、
   前記膨張弁と前記圧縮機の吸入側の間に介装された低圧側熱交換器と、を有し、
   前記低圧側熱交換器は、前記第２液体循環回路を流れる液体と熱交換可能に前記第２液体循環回路に接して配置され、
   前記高圧側熱交換器は、前記第１液体循環回路を流れる液体と熱交換可能に前記第１液体循環回路に接して配置されるとともに、前記高圧側熱交換器の熱交換部が前記ヒータコアに対して他流路が合流接続されない直結流路によって接続されていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記第２液体循環回路は、エンジンの冷却水との間で熱交換を行うエンジン用熱交換器に対して接続可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記第２液体循環回路は、発熱部品の熱交換部と接続可能とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 前記発熱部品は、モータ駆動回路であることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
5. 前記発熱部品は、バッテリであることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
6. 前記バッテリの熱交換部は、前記第１液体循環回路と前記第２液体循環回路に対して接続切り換え可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の車両用空調装置。
7. 前記第２液体循環回路は、外気との間で熱交換を行う外気熱交換器に対して接続可能とされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
8. 前記第２液体循環回路は、前記第１液体循環回路に対して接続可能とされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
9. 前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機の吸入側と吐出側には、空調用膨張弁と空調用エバポレータが、前記膨張弁と前記低圧側熱交換器を接続する通路と並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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