JP2008006894A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時に空調フィーリングを悪化させることなく、電動圧縮機の消費電力を低減できる車両空調装置を提供する
【解決手段】乗員が搭乗している場合は、車両天井部に配置された水−冷媒熱交換器２４にて熱媒体（水）を加熱するヒートポンプサイクルに切り替えて、熱媒体を熱源として床部に配置されたヒータコア２９にて車室内吹出空気を加熱して、乗員の足下側に向かって吹き出して空調フィーリングを向上させる。一方、乗員の搭乗していない場合は、車両天井部に配置された室内側熱交換器２５にて車室内吹出空気を直接加熱するヒートポンプサイクルに切り替えて、熱伝達効率を向上させて電動圧縮機２１の消費電力を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車室内を空調する車両用空調装置に関するもので、特に、バス車両に用いて好適である。

従来、特許文献１に、エンジンにて走行するバス車両に適用された車両用空調装置が開示されている。

この特許文献１の車両用空調装置は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）とエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水回路とを備えており、この冷凍サイクルは、室外空気と冷媒とを熱交換させる室外側熱交換器および車室内吹出空気と冷媒とを熱交換させる室内側熱交換器を有するとともに、冷媒流路を切替可能に構成されている。

すなわち、この冷凍サイクルは、室外側熱交換器にて冷媒を放熱させ、室内側熱交換器にて冷媒に吸熱させる冷房用の冷媒流路と、室内側熱交換器にて冷媒を放熱させ、室外側熱交換器にて冷媒に吸熱させる暖房用の冷媒流路とを切替可能に構成されている。一方、エンジン冷却水回路は、エンジン冷却水と車室内吹出空気とを熱交換させるヒータコアを有している。

そして、車室内を冷房する冷房運転時には、冷凍サイクルを冷房用の冷媒流路に切り替えて、室内側熱交換器にて冷却された冷風を車室内に吹き出す。なお、この室内側熱交換器は、車両屋根上に搭載された空調ユニット内に配置されており、冷風は天井部から乗員の頭上側へ向かって吹き出される。

一方、車室内を暖房する通常の暖房運転時には、冷凍サイクルの圧縮機の作動を停止して、エンジン冷却水を熱源としてヒータコアにて車室内吹出空気を加熱して、加熱された温風を車室内に吹き出す。なお、このヒータコアは、車両床下に搭載されたヒータユニット内に配置されており、温風は床部から乗員の足下側に向かって吹き出される。

上記の如く、冷房運転時には冷風を天井部から吹き出し、通常の暖房運転時には温風を床部から吹き出すことにより、車室内温度分布を頭寒足熱型として乗員の空調フィーリングを向上させている。

さらに、特許文献１の空調装置では、暖房運転時にエンジン廃熱量が低下して、ヒータコアで車室内吹出空気を充分に加熱できない場合に、冷凍サイクルの圧縮機を作動させるとともに、暖房用の冷媒流路に切り替えて、ヒートポンプサイクルを構成して、室内側熱交換器で加熱された温風を天井部から車室内へ補助的に吹き出して暖房能力を確保している。
特開平８−３１０２２７号公報

ところで、車両走行用のエンジンを搭載していない電気自動車（燃料電池車を含む）や、停車時にエンジンが停止するハイブリッド車では、暖房用として充分な熱量をエンジン冷却水から得ることができない。また、冷凍サイクルの圧縮機を駆動させる定常的な駆動力をエンジンから得ることもできない。従って、特許文献１の車両用空調装置は、電気自動車等に適用することができない。

そのため、一般的に、電気自動車等に適用される車両用空調装置は、電動圧縮機を採用した冷凍サイクルとヒータコアの熱源となる熱媒体（例えば、水）を循環させる熱媒体循環回路とを備え、この冷凍サイクルは、室外側熱交換器および室内側熱交換器の他に、冷媒と熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器を有している。

さらに、この冷凍サイクルは、室外側熱交換器にて冷媒を放熱させ、室内側熱交換器にて冷媒に吸熱させる冷房用の冷媒流路と、熱媒体熱交換器にて冷媒を放熱させ、室外側熱交換器にて冷媒に吸熱させる暖房用の冷媒流路とを切替可能に構成される。

そして、冷房運転時には、冷房用の冷媒流路に切り替えて、特許文献１と同様の冷凍サイクルを構成して、室内側熱交換器で冷却された冷風を天井部から乗員の頭上側へ向かって吹き出す。

一方、暖房運転時には、暖房用の冷媒流路に切り替えて、ヒートポンプサイクルを構成し、熱媒体熱交換器にて加熱された熱媒体をヒータコアに流入させ、加熱された熱媒体を熱源としてヒータコアにて車室内吹出空気を加熱し、加熱された温風を床部から乗員の足下側へ向かって吹き出す。

これにより、特許文献１と同様に、頭寒足熱型の車室内温度分布を実現して、乗員の空調フィーリングを向上させている。

しかしながら、上記の如く暖房運転時に、冷媒から熱媒体へ熱伝達させ、さらに熱媒体から車室内吹出空気へ熱伝達させると、冷媒から車室内吹出空気へ直接熱伝達させる場合に対して、熱媒体の介在による熱伝達効率の悪化が生じる。そのため、所望の暖房性能を得るための電動圧縮機の消費電力が増加してしまう。

この問題を解決するためには、暖房運転時にも冷媒と車室内吹出空気と直接熱交換させて、温風を車室内に吹き出す手段が考えられるが、室内側熱交換器は車両屋根上に搭載された空調ユニット内に配置されているので、温風が天井部から吹き出されることとなり、空調フィーリングを悪化させてしまう。

また、温風を車両屋根上から床下に導いて乗員の足下側へ吹き出す温風ダクトを新設する手段も考えられるが、車両屋根上から床下に水等（液体）の熱媒体を導く配管通路面積に対して、温風ダクトの通風路面積が拡大してしまうので、温風ダクトの搭載によって車室内スペースが縮小化されて乗員の居住性を損なうことになる。

本発明は上記点に鑑み、暖房運転時に空調フィーリングを悪化させることなく、電動圧縮機の消費電力を低減できる車両空調装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明では、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（２１）と、車両の天井部に配置されて、冷媒と乗員の頭上側に向かって吹き出される空気とを熱交換させる室内側熱交換器（２５）と、天井部に配置されて、冷媒と熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器（２４）と、車両の床部に配置されて、熱媒体と乗員の足下側に向かって吹き出される空気とを熱交換させるヒータコア（２９）と、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外側熱交換器（２０）と、室外側熱交換器（２０）へ流入する冷媒を減圧膨張させる流入側減圧手段（２７ａ）と、車室内を暖房する暖房運転時に、室内側熱交換器（２５）にて電動圧縮機（２１）吐出冷媒を放熱させ、室外側熱交換器（２０）にて流入側減圧手段（２７ａ）下流側冷媒に吸熱させる空気加熱冷媒流路と、熱媒体熱交換器（２４）にて電動圧縮機（２１）吐出冷媒を放熱させ、室外側熱交換器（２０）にて流入側減圧手段（２７ａ）下流側冷媒に吸熱させる熱媒体加熱冷媒流路とを切り替える冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）とを備える車両用空調装置を特徴とする。

これによれば、冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）が空気加熱冷媒流路と熱媒体加熱冷媒流路とを切り替えることによって、室内側熱交換器（２５）にて乗員の頭上側に向かって吹き出される空気を加熱するヒートポンプサイクルと、乗員の足下側に向かって吹き出される空気を加熱する熱源となる熱媒体を熱媒体熱交換器（２４）にて加熱するヒートポンプサイクルとを切り替えて暖房運転を行うことができる。

そして、空気を加熱するヒートポンプサイクルでは、冷媒から車室内吹出空気へ直接熱伝達させることができるので、冷媒から熱媒体を介して車室内吹出空気へ熱伝達させる場合に対して、熱伝達効率を上昇させることができる。その結果、電動圧縮機（２１）の消費電力を低減できるとともに、暖房運転開始時の即効性を向上させることもできる。

また、熱媒体を加熱するヒートポンプサイクルでは、乗員の足下側に向かって吹き出される空気が加熱されるので、車室内温度分布を頭寒足熱型として空調フィーリングを向上させることができる。従って、暖房運転時に空気加熱冷媒流路と熱媒体加熱冷媒流路とを適宜切り替えることによって、乗員搭乗時の空調フィーリングを悪化させることなく、電動圧縮機（２１）の消費電力を低減できる。

なお、本発明における天井部とは、車室内の天井だけでなく、屋根上など車両において乗員の頭上に位置する部位を含む意味である。また、床部とは、車室内の床上だけでなく、床下など車両において乗員の足下近傍に位置する部位を含む意味である。

また、上記特徴の車両用空調装置において、冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）の作動を制御する制御手段（３１）と、暖房運転時に車室内の乗員の有無を検出する検出手段とを備え、制御手段（３１）は、検出手段が乗員無を検出したとき、空気加熱冷媒流路に切り替え、さらに、検出手段が乗員有を検出したとき、熱媒体加熱冷媒流路に切り替えるようになっていてもよい。

これによれば、乗員が車室内に存在しない場合には、ヒートポンプサイクルの効率を向上させて、乗員が車室内に存在する場合には、空調フィーリングを向上させることができる。特に、本発明の車両用空調装置をバス車両に適用した場合、乗員とは車両運転手を除く乗客とすれば、乗客の空調フィーリングを向上させることができる。

また、上記特徴の車両用空調装置において、冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）の作動を制御する制御手段（３１）と、操作者が冷媒流路の切替要求を入力する入力手段（３３ｃ）を備え、制御手段（３１）は、入力手段（３３ｃ）に入力された切替要求に応じて、空気加熱冷媒流路と熱媒体加熱冷媒流路とを切り替えるようになっていてもよい。

これによれば、操作者の要求に応じて、空気加熱冷媒流路と熱媒体加熱冷媒流路とを操作者の切替要求に応じて、適宜切り替えることができるので、より適切に、乗員搭乗時の空調フィーリングを悪化させることなく、電動圧縮機（２１）の消費電力を低減できる。

また、上記特徴の車両用空調装置において、冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）の作動を制御する制御手段（３１）と、暖房運転を開始した時からの経過時間を計測する経過時間計測手段とを備え、制御手段（３１）は、経過時間が予め定めた基準時間未満のとき、空気加熱冷媒流路に切り替え、経過時間が基準時間以上のとき、熱媒体加熱冷媒流路に切り替えるようになっていてもよい。

さらに、経過時間によって冷媒流路を切り替える上記特徴の車両用空調装置を、車両走行用モータに電力を供給する二次電池（１１）を備え、二次電池（１１）は外部電源により充電可能に構成された車両に適用した場合は、基準時間を、二次電池（１１）に充電を開始してから、充電を完了するまでの時間としてもよい。

一般的に、二次電池（１１）に充電を開始してから、充電を完了するまでの時間は、乗員は車室内に搭乗していない。従って、この時間に、制御手段（３１）が空気加熱冷媒流路に切り替えて車室内のプレヒーティング（予備暖房）を行えば、プレヒーティング中の圧縮機の省動力化ができる。さらに、充電後、乗員が車室内に搭乗した際には、制御手段（３１）が熱媒体加熱冷媒流路に切り替えるので、空調フィーリングを損なうこともない。

また、上述の特徴の車両用空調装置において、室外側熱交換器（２０）から流出した冷媒を減圧膨張させる流出側減圧手段（２７ｂ）と、冷媒流路を切り替えて、暖房運転と車室内を冷房する冷房運転とを切り替える冷暖房切替手段（２２）とを備え、冷暖房切替手段（２２）は、冷房運転時に、室外側熱交換器（２０）にて電動圧縮機（２１）吐出冷媒を放熱させ、室内側熱交換器（２５）にて流入側減圧手段（２７ａ）下流側冷媒に吸熱させる冷房用冷媒流路に切り替えるようになっていてもよい。

これによれば、冷房運転が可能であるとともに、冷房運転時に室内側熱交換器（２５）にて冷媒に吸熱させる冷凍サイクルを構成しているので、乗員の頭上側に向かって冷風を吹き出すことができる。その結果、冷房運転時においても乗員の空調フィーリングを損なうことがない。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、図１〜５により、本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の車両用空調装置の搭載状態を説明する概観斜視図であり、本実施形態の車両用空調装置はバス車両１０に搭載されている。このバス車両１０は、バッテリ１１に蓄えられた電力が供給されることによって駆動する走行用モータ（図示せず）にて走行する電気自動車である。

バッテリ１１は、走行用モータのみならず、図１の破線に示すように、後述する空調ユニット１３の電動圧縮機２１のような車両用の各種電気機器にも電源を供給する。また、本実施形態では、バッテリ１１を２つに分割して、車両進行方向Ａの最後部に位置する天井部および床部に配置することで、車室内スペースの縮小化を回避している。

また、本実施形態では、バッテリ１１として、充放電可能な二次電池（例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池）を採用し、充電された電力を走行用モータ等に供給しているが、もちろん、水素と酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池を採用して、発電された電力を供給するようにしてもよい。

バス車両１０の車両前側部の屋根１２の上部には空調ユニット１３が配置され、バス車両１０の車両中央部の床１４の下部にはヒータユニット１５が配置され、さらに、空調ユニット１３およびヒータユニット１５は温水配管１６によって接続されている。空調ユニット１３、ヒータユニット１５および温水配管１６は、本実施形態の車両用空調装置を構成する。

ここで、図２により、空調ユニット１３およびヒータユニット１５の詳細について説明する。なお、図２は、本実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。まず、空調ユニット１３は、主に、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を一体化（ユニット化）したもので、室外側熱交換器ユニット１７、圧縮機ユニット１８および室内側熱交換器ユニット１９に大別される。

まず、空調ユニット１３のうち、最も前方に配置される室外側熱交換器ユニット１７には、室外側熱交換器２０および室外側電動送風機（図示せず）が設けられている。室外側熱交換器２０は、その内部を流通する冷媒と室外側電動送風機によって送風された室外空気（外気）とを熱交換させるものである。

次に、圧縮機ユニット１８は、空調ユニット１３のうち中央部に配置され、電動圧縮機２１、電気式四方弁２２、アキュムレータ２３および水−冷媒熱交換器２４等が設けられている。電動圧縮機２１は、冷凍サイクルにおいて冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、固定容量型の圧縮機構部２１ａおよび電動モータ２１ｂを有している。

本実施形態では、圧縮機構部２１ａとして周知のスクロール型の圧縮機構を採用しているが、ロータリ型、ピストン型、ベーン型等のその他の形式の圧縮機構を採用してもよい。

また、電動モータ２１ｂは、圧縮機構部２１ａに駆動力を与えるもので、後述する空調制御装置３１を介してバッテリ１１から電源供給されるとともに、空調制御装置３１の制御信号によって回転数制御される。この回転数制御により、電動圧縮機２１の冷媒吐出能力が調整される。

圧縮機ユニット１８の内部において、電動圧縮機２１の冷媒吐出口には、電気式四方弁２２が接続される。電気式四方弁２２は、冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段を構成するもので、具体的には、電動圧縮機２１吐出口側と室外側熱交換器１８側との間を接続する冷房用冷媒流路および電動圧縮機２１吐出口側と水−冷媒熱交換器２４側または室内側熱交換器２５側との間を接続する暖房用冷媒流路を切り替える。

そして、電気式四方弁２２が、上記の如く、冷媒流路を切り替えることによって、後述する暖房運転と冷房運転における冷媒流路が切り替えられる。従って、電気式四方弁２２は、本実施形態における冷暖房切替手段である。この電気式四方弁２２も後述する空調制御装置３１の出力信号によって制御される。

一方、電動圧縮機２１の冷媒吸入口には、アキュムレータ２３が接続される。アキュムレータ２３は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯めておく気液分離器である。
より具体的には、電動圧縮機２１の冷媒吸入口は、アキュムレータ２３の気相冷媒出口に接続されており、これにより、電動圧縮機２１への液相冷媒戻りが防止される。

前述の如く、電気式四方弁２２のうち１つの冷媒流入出口には、水−冷媒熱交換器２４が接続されている。この水−冷媒熱交換器２４は、熱媒体である水と冷媒とを熱交換させる熱媒体熱交換器を構成する。なお、熱媒体としては水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体を採用してもよい。

次に、室内側熱交換器ユニット１９は、空調ユニット１３のうち最も後方に配置され、室内側熱交換器２５、室内側電動送風機（図示せず）、開閉弁２６ａ、２６ｂ、絞り機構２７ａ、２７ｂ、逆止弁２８ａ、２８ｂ等が設けられている。

室内側熱交換器２５は、その内部を流通する冷媒と室内側電動送風機によって室内へ送風される空気とを熱交換させるものである。室内側熱交換器２５の空気流れ方向下流側には、車両天井部の左右両側に配置された天井吹出ダクト（図示せず）が接続されており、室内側熱交換器２５にて熱交換した空気は、天井吹出ダクトに設けられた空気吹出口から乗員の頭上側に向かって吹き出されるようになっている。

また、室内側熱交換器２５は、その冷媒通路が前述の水−冷媒熱交換器２４の冷媒通路と並列になるように接続されている。具体的には、電気式四方弁２２と水−冷媒熱交換器２４の一方の冷媒流入出口とを接続する冷媒配管に、冷媒の流れを分岐する分岐部Ｂが設けられており、分岐部Ｂと室内側熱交換器２５の一方の冷媒流入出口が接続されている。

さらに、室内側熱交換器２５の他方の冷媒流入出口に接続される冷媒配管にも分岐部Ｃが設けられており、分岐部Ｃと水−冷媒熱交換器２４の他方の冷媒流入出口が接続されている。分岐部Ｂと室内側熱交換器２５との間には、冷媒配管を開閉する開閉弁２６ａが設けられ、分岐部Ｃと水−冷媒熱交換器２４との間にも開閉弁２６ｂが設けられている。

これらの開閉弁２６ａ、２６ｂは、空調制御装置３１の制御電圧によって開閉する電磁弁であり、空調制御装置３１が開閉弁２６ａ、２６ｂを開閉することによって、電動圧縮機２１吐出冷媒を室内側熱交換器２５へ導く空気加熱冷媒流路と水−冷媒熱交換器２４へ導く熱媒体加熱冷媒流路が切り替えられる。従って、開閉弁２６ａ、２６ｂは、本実施形態における冷媒流路切替手段である。

さらに、分岐部Ｃは前述の室外側熱交換器ユニット１７の室外側熱交換器２０に接続されており、分岐部Ｃと室外側熱交換器２０との間には、並列に配置された２つの冷媒流路が設けられる。そして、一方の冷媒流路には、分岐部Ｃ側から室外側熱交換器２０側への冷媒流れのみを許容する逆止弁２８ａと絞り機構２７ａが配置されている。

この絞り機構２７ａは、室外側熱交換器２０へ流入する冷媒を減圧膨張させるもので、本実施形態の流入側減圧手段を構成する。また、本実施形態では、具体的に、絞り機構２７ａとして、分岐部Ｃを通過する冷媒圧力が目標高圧となるように弁機構の開度を調整する周知の機械式膨張弁を採用している。

また、他方の冷媒流路には、室外側熱交換器２０側から分岐部Ｃ側への冷媒の流れのみを許容する逆止弁２８ｂと絞り機構２７ａと同様の絞り機構２７ｂが配置されている。この絞り機構２７ｂは、室外側熱交換器２０から流出する冷媒を減圧膨張させる流出側減圧手段を構成する。さらに、絞り機構２７ｂは室外側熱交換器２０流出冷媒の圧力が目標高圧となるように弁機構の開度を調整するようになっている。

次に、ヒータユニット１５の詳細について説明する。ヒータユニット１５には、ヒータコア２９および温風用電動送風機（図示せず）が設けられている。ヒータコア２９は、その内部を流通する熱媒体と温風用電動送風機によって室内へ送風される空気とを熱交換させるものである。

ヒータコア２９の空気流れ方向下流側には、車両床上部の左右両側に配置された床上吹出ダクト（図示せず）が接続されており、ヒータコア２９にて熱交換した空気（温風）は、床上吹出ダクトに設けられた空気吹出口から乗員の足下側に向かって吹き出されるようになっている。

なお、空調ユニット１３およびヒータユニット１５を接続する温水配管１６は、バス車両壁部の内部に収容されており、空調ユニット１３のうち水−冷媒熱交換器２４およびヒータユニット１５のうちヒータコア２９を接続している。また、温水配管１６には熱媒体循環用の水ポンプ３０が接続されている。

そして、この水ポンプ３０が作動することによって熱媒体（水）が水−冷媒熱交換器２４およびヒータコア２９を循環する。なお、水ポンプ３０も空調制御装置３１の制御信号によって作動する。

次に、図３に基づいて本実施形態の電気制御部の概要を説明すると、空調制御装置３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置３１は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上記した各種の電気機器２１、２２、２６ａ、２６ｂ、３０等の作動を制御する。

空調制御装置３１には、センサ群３２からの検出信号、および操作パネル３３からの各種操作信号が入力される。センサ群３２として具体的には、外気温（車室外温度）を検出する外気センサ等が設けられる。

また、操作パネル３３には、車両用空調装置を作動させる作動スイッチ３３ａ、冷房運転と暖房運転と切り替える冷暖房切替スイッチ３３ｂ、暖房運転時において空気加熱運転と熱媒体加熱運転とを切り替える暖房モード切替スイッチ３３ｃ、空調対象空間である車室内の目標温度を設定する温度設定スイッチ３３ｄ等が設けられる。

次に、上述の構成において、本実施形態の作動について説明する。まず、車室内の冷房を行う冷房運転について図４に基づいて説明する。図４は、図２の全体構成図のうち、空調ユニット１３側を拡大した構成図で、実線矢印によって冷房運転時の冷媒流れ方向を示したものである。

冷房運転は、作動スイッチ３３ａが投入された状態で、冷暖房切替スイッチ３３ｂが冷房運転側に切り替えられると開始する。まず、作動スイッチ３３ａが投入されると、空調制御装置３１が、電動圧縮機２１の電動モータ２１ｂに電力を供給して電動圧縮機２１を作動させる。

さらに、冷暖房切替スイッチ３３ｂが冷房運転側に切り替えられると、空調制御装置３１が、電気式四方弁２２を電動圧縮機２１吐出口側と室外側熱交換器１８側との間を接続する冷房用冷媒流路に切り替え、開閉弁２６ａを開弁し、開閉弁２６ｂを閉弁し、水ポンプ３０の作動を停止する。

従って、冷房運転時には、電動圧縮機２１から吐出された冷媒は、図４の実線矢印に示すように、電気式四方弁２２を介して、室外側熱交換器２０へ流入する。室外側熱交換器２０へ流入した冷媒は室外側電動送風機によって送風された室外空気と熱交換して放熱する。

なお、本実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用し、冷凍サイクルの高圧側圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界サイクルを構成している。従って、冷房運転時において室外側熱交換器２０は、電動圧縮機２１吐出冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器としての作用を発揮する。

室外側熱交換器２０を流出した冷媒は、逆止弁２８ａの機能によって、絞り機構２７ｂ側へ流入し、絞り機構２７ｂにおいて減圧膨張される。さらに、冷房運転時には、開閉弁２６ａが閉弁状態となっているので、絞り機構２７ｂ下流側冷媒は、室内側熱交換器２５へ流入する。

室内側熱交換器２５へ流入した冷媒は、室内側電動送風機によって室内へ送風される空気から吸熱して蒸発する。従って、冷房運転時において室内側熱交換器２５は、流出側減圧手段である絞り機構２７ｂ下流側冷媒に吸熱させる作用を発揮する。そして、室内側熱交換器２５にて冷却された送風空気（冷風）は、前述の如く、天井吹出ダクトを介して、乗員の頭上側に向かって吹き出される。

室内側熱交換器２５から流出した冷媒は、電気式四方弁２２を介して、アキュムレータ２３に流入し、アキュムレータ２３で気液分離された冷媒のうち、気相冷媒が再び電動圧縮機２１に吸入される。従って、冷房運転時には、電動圧縮機２１（圧縮）→室外側熱交換器２０（凝縮）→絞り機構２７ｂ（膨張）→室内側熱交換器２５（蒸発）の順で冷媒を循環させる周知の冷凍サイクルが構成される。

さらに、冷房運転時には、乗員の頭上側に向かって冷風を吹き出しているので、頭寒足熱型の車室内温度分布を実現して、乗員の空調フィーリングを向上させることができる。

次に、車室内の暖房を行う暖房運転のうち、熱媒体加熱運転について図５に基づいて説明する。図５は、図２の全体構成図のうち、空調ユニット１３側を拡大した構成図で、実線矢印によって熱媒体加熱運転時の冷媒流れ方向を示したものである。

熱媒体加熱運転は、作動スイッチ３３ａが投入された状態で、冷暖房切替スイッチ３３ｂが暖房運転側に切り替えられ、さらに、暖房モード切替スイッチ３３ｃが熱媒体加熱運転側に切り替えられると開始する。

この熱媒体加熱運転時には、空調制御装置３１が、電気式四方弁２２を電動圧縮機２１吐出口側と水−冷媒熱交換器２４側との間を接続する暖房用冷媒流路に切り替える。さらに、開閉弁２６ａを閉弁し、開閉弁２６ｂを開弁することによって熱媒体加熱冷媒流路に切り替え、さらに、水ポンプ３０を作動させる。

従って、熱媒体加熱運転時には、電動圧縮機２１から吐出された冷媒は、開閉弁２６ａが閉弁状態になっており、開閉弁２６ｂが開弁状態になっているので、図５の実線矢印Ｄに示すように、電気式四方弁２２および分岐部Ｂを介して、水−冷媒熱交換器２４へ流入する。

水−冷媒熱交換器２４へ流入した冷媒は水ポンプ３０によって水−冷媒熱交換器２４およびヒータコア２９を循環する熱媒体（水）と熱交換して放熱する。つまり、熱媒体加熱運転時において、水−冷媒熱交換器２４は、電動圧縮機２１吐出冷媒を放熱させる作用を発揮し、一方、水−冷媒熱交換器２４は、熱媒体（水）を加熱する作用を発揮する。

なお、水−冷媒熱交換器２４における熱媒体（水）の流れ方向は、冷媒の流れ方向に対して対向する流れ方向になっており、これにより、水−冷媒熱交換器２４の熱交換性能を向上させている。

水−冷媒熱交換器２４を流出した冷媒は、分岐部Ｃを通過して、逆止弁２８ｂの機能によって、絞り機構２７ａ側へ流入し、絞り機構２７ａにおいて減圧膨張されて、室外側熱交換器２０へ流入する。

室外側熱交換器２０へ流入した冷媒は、室外側電動送風機によって送風される室外空気から吸熱して蒸発する。従って、熱媒体加熱運転時において室外側熱交換器２０は、流入側減圧手段である絞り機構２７ｂ下流側冷媒に吸熱させる作用を発揮する。

室外側熱交換器２０から流出した冷媒は、電気式四方弁２２を介して、アキュムレータ２３に流入し、アキュムレータ２３で気液分離された冷媒のうち、気相冷媒が再び電動圧縮機２１に吸入される。従って、熱媒体加熱運転時には、電動圧縮機２１（圧縮）→水−冷媒熱交換器２４（凝縮）→絞り機構２７ａ（膨張）→室外側熱交換器２０（蒸発）の順で冷媒を循環させる周知の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。

一方、水−冷媒熱交換器２４にて加熱された熱媒体（水）は、温水配管１６を介して、ヒータコア２９へ流入する。そして、ヒータコア２９へ流入した熱媒体（水）は、温風用電動送風機によって室内へ送風される空気と熱交換し、ヒータコア２９にて加熱された空気（温風）が、前述の如く、床上吹出ダクトを介して、乗員の足下側に向かって吹き出される。

上述の如く、熱媒体加熱運転時には、乗員の足下側に向かって温風を吹き出しているので、頭寒足熱型の車室内温度分布を実現して、乗員の空調フィーリングを向上させることができる。

次に、車室内の暖房を行う暖房運転のうち、空気加熱運転について説明する。図５に示す破線矢印は、空気加熱運転時の冷媒流れ方向を示したものである。空気加熱運転は、作動スイッチ３３ａが投入された状態で、冷暖房切替スイッチ３３ｂが暖房運転側に切り替えられ、さらに、暖房モード切替スイッチ３３ｃが空気加熱運転側に切り替えられると開始する。

この空気加熱運転時には、空調制御装置３１が、電気式四方弁２２を電動圧縮機２１吐出口側と水−冷媒熱交換器２４側との間を接続する暖房用冷媒流路に切り替える。さらに、開閉弁２６ａを開弁し、開閉弁２６ｂを閉弁することによって空気加熱冷媒流路に切り替える。

従って、空気加熱運転時には、電動圧縮機２１から吐出された冷媒は、開閉弁２６ａが開弁状態になっており、開閉弁２６ｂが閉弁状態になっているので、図５の破線矢印Ｅに示すように、電気式四方弁２２、分岐部Ｂおよび開閉弁２６ａを介して、室内側熱交換器２５へ流入する。

室内側熱交換器２５へ流入した冷媒は、室内側電動送風機によって室内へ送風される空気に放熱して凝縮する。従って、空気加熱運転時において室内側熱交換器２５は、電動圧縮機２１吐出冷媒を放熱させる放熱器として作用する。そして、室内側熱交換器２５にて加熱された送風空気（温風）は、天井吹出ダクトを介して、乗員の頭上側に向かって吹き出される。

室内側熱交換器２５から流出した冷媒は、熱媒体加熱運転時と同様に、絞り機構２７ａ→室外側熱交換器２０→電気式四方弁２２→アキュムレータ２３の順に流入して再び電動圧縮機２１に吸入される。従って、空気加熱運転時には、電動圧縮機２１（圧縮）→室内側熱交換器２５（凝縮）→絞り機構２７ａ（膨張）→室外側熱交換器２０（蒸発）の順で冷媒を循環させる周知の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。

上述の如く、空気加熱運転時には、冷媒から車室内吹出空気へ直接熱伝達させることができるので、冷媒から熱媒体を介して車室内吹出空気へ熱伝達させる場合に対して、熱伝達効率を上昇させることができる。その結果、電動圧縮機２１の消費電力を低減できるとともに、暖房運転開始時の即効性を向上させることもできる。

さらに、本実施形態では、暖房運転時に、冷媒流路切替手段を構成する開閉弁２６ａ、２６ｂによって空気加熱運転（空気加熱冷媒流路）と熱媒体加熱運転（熱媒体加熱冷媒流路）とを切り替えることができるので、空気加熱運転と熱媒体加熱運転とを適宜切り替えることで、乗員の空調フィーリングを悪化させることなく、電動圧縮機２１の消費電力を低減できる。

また、本実施形態のように、操作者が冷媒流路の切替要求を入力する入力手段を構成する暖房モード切替スイッチ３３ｃを設けて、操作者の要求に応じて、空気加熱運転と熱媒体加熱運転とを適宜切り替えることができるようにすれば、より適切に、乗員搭乗時の空調フィーリングを悪化させることなく、電動圧縮機２１の消費電力を低減できる。

（その他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、本発明の車両用空調装置を電気自動車（燃料電池車両を含む）に適用した例を説明したが、内燃機関であるエンジンと走行用モータの２つの走行用動力源を有するハイブリッド車両に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、本発明の車両用空調装置をバス車両に適用しているが、室内側熱交換器２５および水−冷媒熱交換器２４が車両天井部に配置され、ヒータコア２９が車両床部に配置される車両であれば、バス車両に限定されず、ワゴン車、ミニバン等に適用してもよい。

（２）上述の実施形態では、暖房運転時のヒータコア２９の熱源として、水−冷媒熱交換器２４にて加熱された熱媒体を採用しているが、電気自動車においては、電池冷却用の冷却水を補助熱源として併用しても良い。さらに、ハイブリッド車両においては、エンジン冷却水を補助熱源として併用してもよい。

具体的には、電池冷却用の冷却水およびエンジン冷却用の冷却水を、水−冷媒熱交換器２４にて加熱された熱媒体と並列的に、ヒータコア２９へ流入させるように冷却水回路を構成し、これら冷却水から暖房用の熱量を得られる場合にのみ、冷却水をヒータコア２９に流入させるようにすればよい。

（３）上述の実施形態では、入力手段である暖房モード切替スイッチ３３ｃによる操作車の切替要求に応じて、空気加熱運転（空気加熱冷媒流路）と熱媒体加熱運転（熱媒体加熱冷媒流路）とを切り替えるようにしているが、空気加熱運転と熱媒体加熱運転との切り替えは、これに限定されない。

例えば、暖房運転時に車室内の乗員の有無を検出する検出手段を備え、空調制御手段３１は、検出手段が乗員無を検出したとき、空気加熱運転に切り替え、さらに、検出手段が乗員有を検出したとき、熱媒体加熱運転に切り替えるようにしてもよい。

これにより、乗員が車室内に存在しない場合には、ヒートポンプサイクルの効率を向上させて、乗員が車室内に存在する場合には、空調フィーリングを向上させることができる。なお、上記の検出手段として、例えば、車室内の重さの変化によって乗員の有無を検出する重量センサ、車室内のシートに乗員が着座しているか否かを判定する着座センサ、所定の範囲内の人員の有無を検出する赤外線センサ等を採用することができる。

また、この他にも、例えば、暖房運転を開始した時からの経過時間を計測する経過時間計測手段とを備え、空調制御手段３１は、経過時間が予め定めた基準時間未満のとき、空気加熱運転に切り替え、経過時間が予め定めた時間以上のとき、熱媒体加熱運転に切り替えるようにしてもよい。なお、この経過時間計測手段として、空調制御手段３１に内蔵されたタイマ手段を用いることができる。

さらに、上述の一実施形態と同様の構成のバス車両において、上記の基準時間を、二次電池に充電を開始してから、充電を完了するまでの時間としてもよい。

二次電池への充電中は一般的に乗員が搭乗していないので、空気加熱運転に切り替えて車室内のプレヒーティング（予備暖房）を行えば、プレヒーティング中の圧縮機の省動力化ができる。さらに、充電後、乗員が車室内に搭乗した際に、熱媒体加熱運転に切り替わっていれば空調フィーリングを損なうこともない。

（４）上述の実施形態では、熱媒体加熱運転では、水−冷媒熱交換器２４にて冷媒を放熱させ、空気加熱運転では、室内側熱交換器２５にて冷媒を放熱させているが、車室内を急速に暖めたい場合には、水−冷媒熱交換器２４および室内側熱交換器２５にて同時に冷媒を放熱させるようにしてもよい。

具体的には、暖房運転時に開閉弁２６ａ、２６ｂを同時に開弁状態にして、双方の熱交換器２４、２５にて冷媒を放熱させればよい。この時、室内側熱交換器２４における冷媒放熱量を、水−冷媒熱交換器２４における冷媒放熱量に対して、少なくすれば、空調フィーリングの悪化を抑制できる。

一実施形態の車両用空調装置のバス車両への搭載状態を説明する概観斜視図である。 一実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。 一実施形態の電気制御部のブロック図である。 一実施形態の冷房運転時の空調ユニットの冷媒流れを説明する説明図である。 一実施形態の暖房運転時の空調ユニットの冷媒流れを説明する説明図である。

符号の説明

２１…電動圧縮機、２０…室外側熱交換器、２２…電気式四方弁、
２４…水−冷媒熱交換器、２５…室内側熱交換器、２９…ヒータコア、
２６ａ、２６ｂ…開閉弁、２７ａ、２７ｂ…絞り機構、３１…空調制御手段、
３３ｃ…暖房モード切替スイッチ。

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（２１）と、
   車両の天井部に配置されて、冷媒と乗員の頭上側に向かって吹き出される空気とを熱交換させる室内側熱交換器（２５）と、
   前記天井部に配置されて、冷媒と熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器（２４）と、
   前記車両の床部に配置されて、前記熱媒体と乗員の足下側に向かって吹き出される空気とを熱交換させるヒータコア（２９）と、
   冷媒と室外空気とを熱交換させる室外側熱交換器（２０）と、
   前記室外側熱交換器（２０）へ流入する冷媒を減圧膨張させる流入側減圧手段（２７ａ）と、
   車室内を暖房する暖房運転時に、前記室内側熱交換器（２５）にて前記電動圧縮機（２１）吐出冷媒を放熱させ、前記室外側熱交換器（２０）にて前記流入側減圧手段（２７ａ）下流側冷媒に吸熱させる空気加熱冷媒流路と、前記熱媒体熱交換器（２４）にて前記電動圧縮機（２１）吐出冷媒を放熱させ、前記室外側熱交換器（２０）にて前記流入側減圧手段（２７ａ）下流側冷媒に吸熱させる熱媒体加熱冷媒流路とを切り替える冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）の作動を制御する制御手段（３１）と、
   前記暖房運転時に前記車室内の乗員の有無を検出する検出手段とを備え、
   前記制御手段（３１）は、前記検出手段が乗員無を検出したとき、前記空気加熱冷媒流路に切り替え、さらに、前記検出手段が乗員有を検出したとき、前記熱媒体加熱冷媒流路に切り替えるようになっ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. 前記冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）の作動を制御する制御手段（３１）と、
   操作者が冷媒流路の切替要求を入力する入力手段（３３ｃ）を備え、
   前記制御手段（３１）は、前記入力手段（３３ｃ）に入力された切替要求に応じて、前記空気加熱冷媒流路と前記熱媒体加熱冷媒流路とを切り替えるようになっ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。
4. 前記冷媒流路切替手段（２６ａ、２６ｂ）の作動を制御する制御手段（３１）と、
   前記暖房運転を開始した時からの経過時間を計測する経過時間計測手段とを備え、
   前記制御手段（３１）は、前記経過時間が予め定めた基準時間未満のとき、前記空気加熱冷媒流路に切り替え、前記経過時間が前記基準時間以上のとき、前記熱媒体加熱冷媒流路に切り替えるようになっ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。
5. 車両走行用モータに電力を供給する二次電池（１１）を備え、前記二次電池（１１）は外部電源により充電可能に構成された車両に適用される請求項４に記載の車両用空調装置であって、
   前記基準時間は、前記二次電池（１１）に充電を開始してから、充電を完了するまでの時間であることを特徴とする車両用空調装置。
6. 前記室外側熱交換器（２０）から流出した冷媒を減圧膨張させる流出側減圧手段（２７ｂ）と、
   冷媒流路を切り替えて、前記暖房運転と前記車室内を冷房する冷房運転とを切り替える冷暖房切替手段（２２）とを備え、
   前記冷暖房切替手段（２２）は、前記冷房運転時に、前記室外側熱交換器（２０）にて前記電動圧縮機（２１）吐出冷媒を放熱させ、前記室内側熱交換器（２５）にて前記流出側減圧手段（２７ｂ）下流側冷媒に吸熱させる冷房用冷媒流路に切り替えるようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
   

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