JP2010260449A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房に使用する動力の省力化が図れ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、車室内を暖房する暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られる場合には、冷却水を直接、室内熱交換器１３の内部に流通させて空気を加熱する。また、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともにヒートポンプサイクル２０の冷媒を循環させて第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水の熱を冷媒に吸熱させ、冷却水の熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器１３で加熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、暖房用の熱源としてエンジンの冷却水を用いる車両用空調装置に関する。

従来の車両用空調装置には、車室内の暖房を実施するときに、エンジンを冷却した後の冷却水をヒータコアに導いて暖房熱源とする場合と、ヒートポンプによる高温の冷媒によってサブコンデンサで空気を加熱して暖房熱源とする場合と、を有するものが知られている（たとえば特許文献１参照）。

この従来技術では、エンジンが作動している場合にはヒートコアに導く冷却水によって空調ダクト内の空気を加熱して暖房を行い、エンジンが停止している場合には電動コンプレッサを作動させて高温冷媒をサブコンデンサに導き、空調ダクト内の空気を加熱して暖房を行う。さらに、サブコンデンサを流通する冷媒の温度が暖房を行うのに十分な温度になるまでの間は、エンジンをアイドリング運転状態に保ち、冷却水をヒータコアに導き、ヒータコアとサブコンデンサを併用して暖房運転を実施する。

特開平１１−１７０８４８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、エンジンの始動時などの冷却水が低温である場合には、十分な暖房感が得られない。さらに、ヒータコアから供給される熱量を大きくして暖房能力を上げるためには、車両の運転状態に対してエンジンを余分に稼動することになり、エンジンの運転効率が悪化するという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、暖房に使用する動力の省力化が図れる車両用空調装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲および下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として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。

請求項１に記載の発明は、車両に駆動力を与えるエンジン（２）が接続される回路であって、エンジンを冷却する冷却水が循環する冷却水回路（１，６，１０，１４）と、循環される冷媒の状態を制御することにより車室内の空調を行うヒートポンプサイクル（２０）と、を備え、冷却水および冷媒の少なくともいずれか一方の熱を車室内の暖房に用いる車両用空調装置に係る発明であって、
ヒートポンプサイクルは、
冷媒を吸入して吐出する圧縮機（２１）と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却する高圧側熱交換器（２２）と、高圧側熱交換器から流出した冷媒を減圧する第１の減圧装置（２３）と、冷却水回路の冷却水および第１の減圧装置で減圧された冷媒がそれぞれ流通可能に設けられ、減圧された冷媒と冷却水との間で熱交換を行い、冷却水の熱を冷媒に吸熱させる第１の水・冷媒熱交換器（２４）と、を含んでおり、
車両用空調装置は、さらに外部を流通して車室内に供給される空気と内部を流通する冷媒または冷却水との間で熱交換を行う室内熱交換器（１３，５０）を備え、
車室内を暖房する暖房運転を実施するときに、
冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られる場合には、冷却水を直接、室内熱交換器の内部に流通させて空気を加熱し、
冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともにヒートポンプサイクルの冷媒を循環させて第１の水・冷媒熱交換器で冷却水の熱を冷媒に吸熱させ、冷却水の熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器で加熱することを特徴とする。

この発明によれば、暖房運転のときに、冷却水から十分な暖房能力が得られる場合には、冷却水を室内熱交換器に流通させて室内に供給する空気を加熱する。また、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、室内熱交換器で放熱させて空気を加熱し、加えてヒートポンプサイクルの高圧側熱交換器における冷媒からの放熱を利用して空気を加熱する。これにより、従来技術のように冷却水の温度を高くしなくても、冷却水の熱を暖房に活用する暖房運転が実現できるため、冷却水の温度を低く抑え、エンジンの放熱によるエネルギー損失を低減するとともに、エンジンからの廃熱をヒートポンプによって効率的に冷媒に移動させて暖房能力を得ることができる。したがって、暖房に要する動力の省力化が図れ、車両全体のエネルギー効率が向上し、燃費の向上にも寄与することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、高圧側熱交換器は、圧縮機から吐出された冷媒と室内熱交換器の内部を流通する冷却水とが流通するように設けられ、冷媒と前記冷却水との間で熱交換を行い、冷媒の熱を前記冷却水に吸熱させる第２の水・冷媒熱交換器（２２）であり、
冷却水回路は、冷却水の熱が外部に対して放熱されるラジエータ（３）が配置され冷却水がラジエータおよびエンジンを循環するように設けられる第１の冷却水回路（１）と、冷却水が第１の水・冷媒熱交換器およびエンジンを循環するように設けられる第２の冷却水回路（６）と、冷却水が第２の水・冷媒熱交換器および室内熱交換器の内部を循環するように設けられる第３の冷却水回路（１０）と、冷却水が第１の水・冷媒熱交換器、エンジン、室内熱交換器の内部、および第２の水・冷媒熱交換器を循環するように設けられる第４の冷却水回路（１４）と、を含んで構成されており、
暖房運転を実施するときに、
冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られる場合には、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の循環を停止するとともに、冷却水を第４の冷却水回路で循環させ、
冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、ヒートポンプサイクルにおける冷媒を循環させるとともに、第２の冷却水回路および第３の冷却水回路のそれぞれで冷却水を循環させることを特徴とする。

この発明によれば、暖房運転のときに、冷却水から十分な暖房能力が得られる場合には、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の循環を停止するとともに、冷却水を第４の冷却水回路で循環させて冷却水の熱で直接空気を加熱する。また、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合には、ヒートポンプサイクルにおける冷媒を循環させるとともに第２の冷却水回路および第３の冷却水回路の両方で冷却水を循環させて、第１の水・冷媒熱交換器で冷却水の熱を冷媒に移し、さらに圧縮機によって高圧になった冷媒を第２の水・冷媒熱交換器で冷却水に移す。このような熱輸送によって加熱された冷却水は、室内熱交換器で放熱し空気を加熱する。これにより、ヒートポンプサイクルの冷媒を介して冷却水の熱が効率的に輸送されるように、冷却水が循環する回路を適切に切り替えるため、従来技術のように冷却水の温度を高くしなくても、冷却水の熱を効果的に暖房に活用する車両用空調装置が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、ヒートポンプサイクルを循環する冷媒が内部を流通し、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器（２５）と、室外熱交換器に外気を送風する送風機（２６）と、をさらに備え、
室外熱交換器は、圧縮機から吐出された冷媒が第１の水・冷媒熱交換器および室外熱交換器の少なくともいずれか一方に流入するように第１の水・冷媒熱交換器に対して並列に配置されており、
暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、
さらに冷却水の温度が所定の温度未満であれば、ヒートポンプサイクルの冷媒を室外熱交換器に流入させるとともに送風機を作動させて室外熱交換器に外気を送風し、外気の熱を冷媒に吸熱させ、外気の熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器で加熱し、
冷却水の温度が所定の温度以上に上昇すると、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともにヒートポンプサイクルの冷媒を第１の水・冷媒熱交換器に流入させることを特徴とする。

この発明によれば、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合であって、冷却水よりも外気の熱を取り入れた方が多くの熱量が得られるときには、室外熱交換器で外気の熱を冷媒に移し、外気の熱を取り入れた冷媒の熱を高圧側熱交換器で放熱し、暖房用の空気に供給するようにする。そして、冷却水の熱からでも熱量が得られるようになると、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、室内熱交換器で放熱させて空気を加熱し、加えてヒートポンプサイクルの高圧側熱交換器における冷媒からの放熱を利用して空気を加熱する。これにより、冷却水の温度が著しく低いときなどには、外気の熱を利用した暖房運転が行われるため、冬季等の暖房運転の立ち上がりにおける暖房温度の低下を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、第１の減圧装置で減圧された冷媒が内部を流通し、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器（２５）と、室外熱交換器に外気を送風する送風機（２６）と、をさらに備え、
暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、ヒートポンプサイクルの冷媒を循環させ、さらに送風機を作動させて室外熱交換器に外気を送風するとともに、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させることを特徴とする。

この発明によれば、暖房運転のときに、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させ、さらに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、室内熱交換器で放熱させて空気を加熱するとともに、加えて室外熱交換器で外気の熱を冷媒に移し、外気の熱を取り入れた冷媒の熱を高圧側熱交換器で放熱し、暖房用の空気への加熱量をさらに増大させる。これにより、外気の熱を用いて暖房能力の向上がさらに図れる。

請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、圧縮機は気体の冷媒が導入されるガスインジェクションポートを備えており、
車両用空調装置は、第１の水・冷媒熱交換器で冷却水と熱交換された冷媒を気液分離する気液分離器（２８）と、気液分離器で分離された液体の冷媒をガスインジェクションポートに導入するガスインジェクション配管（３１）と、気液分離器で分離された液体の冷媒を減圧する第２の減圧装置（２９）と、第２の減圧装置で減圧された冷媒が内部を流通し冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器（２５）と、室外熱交換器に外気を送風する送風機（２６）と、をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、圧縮機には、気液分離器で分離された中間圧の飽和蒸気がガスインジェクション配管を通じて吸入されるとともに、気液分離器で分離された飽和液体が第２の減圧装置でさらに減圧されて低圧の冷媒として吸入されるため、圧縮機の動力を低減したヒートポンプサイクルが得られる。また、当該飽和液体が第２の減圧装置で減圧されて室外熱交換器で外気から吸熱することにより、低圧の冷媒と低温の空気とを熱交換させることが可能になるため、室外熱交換器における熱交換効率を向上させることができる。以上より、暖房に要する動力の省力化およびヒートポンプサイクルの高効率化が図れ、さらに車両全体のエネルギー効率の向上および燃費の向上を実現することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、エンジンからの排ガスの熱を熱交換媒体に回収する排気熱回収器（４０）と、当該熱交換媒体とヒートポンプサイクルを循環する冷媒との間で熱交換を行う排気熱用熱交換器（４３）と、をさらに備え、
暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、ヒートポンプサイクルの冷媒を循環させて、第１の水・冷媒熱交換器で冷却水の熱を冷媒に吸熱し、さらに排気熱用熱交換器で排ガスの熱を冷媒に吸熱することを特徴とする。

この発明によれば、暖房運転のときに、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させ、さらに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び室内熱交換器で放熱させて空気を加熱するとともに、加えて排気熱用熱交換器で排ガスの熱を冷媒に移し、排ガスの熱を取り入れた冷媒の熱を高圧側熱交換器で放熱し、暖房用の空気への加熱量をさらに増大させる。これにより、冷却水よりも高温である排ガスの熱も用いるため、暖房能力の向上がさらに図れる。

請求項７に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、エンジンからの排ガスの熱を熱交換媒体に回収する排気熱回収器（４０）と、熱交換媒体とヒートポンプサイクルを循環する冷媒との間で熱交換を行う排気熱用熱交換器（４３）と、をさらに備え、
排気熱用熱交換器は、圧縮機から吐出された冷媒が第１の水・冷媒熱交換器および排気熱用熱交換器の少なくともいずれか一方に流入するように第１の水・冷媒熱交換器に対して並列に配置されており、
暖房運転を実施するときに、冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、
さらに冷却水の温度が所定の温度未満であれば、ヒートポンプサイクルの冷媒を排気熱用熱交換器に流入させて排ガスの熱を冷媒に吸熱し、排ガスの熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器で加熱し、
冷却水の温度が所定の温度以上に上昇すると、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともにヒートポンプサイクルの冷媒を第１の水・冷媒熱交換器に流入させることを特徴とする。

この発明によれば、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合であって、冷却水よりも排ガスの熱を取り入れた方が多くの熱量が得られるときには、排気熱用熱交換器で排ガスの熱を冷媒に移し、排ガスの熱を取り入れた冷媒の熱を高圧側熱交換器で放熱し、暖房用の空気に供給するようにする。そして、冷却水の熱からでも熱量が得られるようになると、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、室内熱交換器で放熱させて空気を加熱し、加えてヒートポンプサイクルの高圧側熱交換器における冷媒からの放熱を利用して暖房用の空気を加熱する。これにより、たとえばエンジン始動時など、冷却水の温度が著しく低いときなどには、早く高温に達する排ガスの熱を暖房の熱源として利用するため、暖房運転の立ち上がりにおける暖房温度の低下を抑えることができる。

第１実施形態の車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。 車両用空調装置の暖房運転に関わるブロック図である。 車両用空調装置の暖房運転において行われる制御の第１例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。 第３実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。 車両用空調装置の暖房運転において行われる制御の第２例を示すフローチャートである。 第４実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。 第５実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。 第６実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。 車両用空調装置の暖房運転において行われる制御の第３例を示すフローチャートである。 第７実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態の車両用空調装置について図１〜図３を用いて説明する。図１は、第１実施形態の車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図２は、車両用空調装置の暖房運転に関わるブロック図である。

図１に示すように、車両用空調装置は、車両に駆動力を与えるエンジン２が接続される回路であって、エンジン２を冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、循環される冷媒の状態を制御することにより車室内の空調を行う蒸気圧縮式のヒートポンプサイクル２０と、を備え、冷却水および冷媒の少なくともいずれか一方の熱を車室内の暖房に用いる装置である。ヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１と、高圧側熱交換器である第２の水・冷媒熱交換器２２と、膨張弁２３と、冷却水と冷媒とが熱交換する第１の水・冷媒熱交換器２４と、を備え、これらが環状に接続された冷媒回路を構成している。

圧縮機２１は、たとえば二酸化炭素等のような低い臨界温度を有する冷媒を吸入して圧縮、吐出するポンプである。圧縮機２１の吸入側には第１の水・冷媒熱交換器２４が接続され、吐出側には第２の水・冷媒熱交換器２２が接続されている。第１の水・冷媒熱交換器２４は、圧縮機２１の吸入側の通路であってヒートポンプサイクル２０の低圧側通路の一部に冷媒通路を有し、後述する第２の冷却水回路６の一部である水通路を有しており、冷媒通路および水通路を流れる流体間で熱交換が行われる構成である。第１の水・冷媒熱交換器２４は、低圧の冷媒を蒸発させるとともに、冷却水を冷却する熱交換器である。

第２の水・冷媒熱交換器２２は、圧縮機２１から吐出された冷媒を冷却する高圧側熱交換器であり、圧縮機２１の吐出側の通路であってヒートポンプサイクル２０の高圧側通路の一部に冷媒通路を有し、後述する第３の冷却水回路１０の一部である水通路を有しており、冷媒通路および水通路を流れる流体間で熱交換が行われる構成である。第２の水・冷媒熱交換器２２は、高圧の冷媒の熱を冷却水に移動して冷却水を加熱する熱交換器である。膨張弁２３は、第２の水・冷媒熱交換器２２から流出した冷媒を減圧する第１の減圧装置であり、第１の水・冷媒熱交換器２４に流入させる冷媒を低圧冷媒にする。膨張弁２３は、固定式膨張弁、流調式膨張弁のいずれであってもよい。

車両用空調装置の暖房運転に関与する冷却水回路は、エンジン２を冷却する冷却水（例えば、ＬＬＣ等の不凍液）がラジエータ３およびエンジン２を循環するように設けられる第１の冷却水回路１と、冷却水が第１の水・冷媒熱交換器２４の水通路およびエンジン２を循環するように設けられる第２の冷却水回路６と、冷却水が第２の水・冷媒熱交換器２２の水通路および室内熱交換器１３の内部を循環するように設けられる第３の冷却水回路１０と、冷却水が第１の水・冷媒熱交換器２４の水通路、エンジン２の内部、室内熱交換器１３の内部、および第２の水・冷媒熱交換器２２の水通路を循環するように設けられる第４の冷却水回路１４と、を含んで構成されている。

室内熱交換器１３は、第３の冷却水回路１０の冷却水が流通する水通路と空気通路とを備えており、車室内へ送風される空気が流通する空調ユニットケース（図示せず）内に配設されている。室内熱交換器１３では、送風機（図示せず）によって送風される車室内への空気と冷却水との間で熱交換が行われ、空気が冷却水の熱によって加熱される。

エンジン２は、水冷式の内燃機関であり、ポンプ４によりエンジン２のウォータジャケットへ送られる冷却水によって冷却される。第１の冷却水回路１は、エンジン２のウォータジャケットを流れる高温の冷却水が循環する高温水の回路であり、冷却水を常時圧送するポンプ４と、冷却水が外気と熱交換して外部に対して放熱するラジエータ３と、冷却水の流れ方向を２方向に切り替えるサーモスタット５と、を備えている。

第２の冷却水回路６は、第１の水・冷媒熱交換器２４の水通路およびエンジン２の内部の水通路を含み、エンジン２でエンジンからの放熱を受けた冷却水が第１の水・冷媒熱交換器２４で冷媒に対して放熱するように循環する回路である。第２の冷却水回路６には、第１の冷却水回路１との合流部に前述のサーモスタット５が設けられ、第４の冷却水回路１４が合流する部位にサーモスタット７が設けられている。第３の冷却水回路１０は、第２の水・冷媒熱交換器２２の水通路および室内熱交換器１３の内部の水通路を含み、第２の水・冷媒熱交換器２２で冷媒によって加熱された冷却水が室内熱交換器１３で放熱するように循環する回路である。第３の冷却水回路１０には、ヒートポンプサイクル２０の運転時（冷媒の循環時）に冷却水を圧送するポンプ１１と、ポンプ１１から流出した冷却水がポンプ１１側に逆流することを防止する逆止弁１２と、が設けられている。

第４の冷却水回路１４は、第１の水・冷媒熱交換器２４の水通路、エンジン２の内部、室内熱交換器１３の内部の水通路、および第２の水・冷媒熱交換器２２の水通路を含み、エンジン２でエンジンからの放熱を受けた冷却水が、逆止弁１５、室内熱交換器１３、第２の水・冷媒熱交換器２２、サーモスタット７、第１の水・冷媒熱交換器２４、サーモスタット７、ポンプ４、エンジン２の順に流れるように循環する回路である。第４の冷却水回路１４には、第２の冷却水回路６との合流部に前述のサーモスタット７が設けられ、エンジン２から流出した冷却水がエンジン２側に逆流しないで室内熱交換器１３側に流れるようにする逆止弁１５が設けられている。

サーモスタット５は、エンジン２を流出した冷却水がラジエータ３で放熱してエンジン２に戻ってくる流れ（図１の矢印ｄ、第１の冷却水回路１を循環する流れ）と、第１の水・冷媒熱交換器２４を流出した冷却水がエンジン２に戻ってくる流れ（図１の矢印ｃ）とに、検知した冷却水の温度に基づいて自動的に切り替えるようになっている。また、サーモスタット５は、ラジエータ３を流通する冷却水量とラジエータ３を流通しない冷却水量とを調節できるように構成してもよい。特に暖機時においては、ラジエータ３を流通しない流れを形成したり、ラジエータ３を迂回する冷却水量を増加させたりして、暖機が促進されることになる。つまり、ラジエータ３による冷却水の過冷却が防止されることになる。

サーモスタット５は、冷却水温度が９０℃以上のときはラジエータ３を流出した冷却水をエンジン２側に流すように通路を切り替え（図１の矢印ｄ）、冷却水温度が９０℃未満のときは第１の水・冷媒熱交換器２４を流出した冷却水をエンジン２側に流すように通路を切り替える（図１の矢印ｃ）。このようにしてサーモスタット５は、エンジン２を流出した冷却水がラジエータ３で放熱してエンジン２に戻ってくる流れ（第１の冷却水回路１を循環する流れ）と、第１の水・冷媒熱交換器２４を流出した冷却水がエンジン２に戻ってくる流れと、に切り替えることができる。

サーモスタット７は、エンジン２を流出した冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に向ける流れ（図１の矢印ｂ）と、第２の水・冷媒熱交換器２２を流出した冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に向ける流れ（図１の矢印ａ）とに、検知した冷却水の温度に基づいて自動的に切り替えるようになっている。サーモスタット７は、冷却水温度が５５℃未満のときはエンジン２を流出した冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４側に流すように通路を切り替える（図１の矢印ｂ）。さらにこのとき、サーモスタット５によって、第１の水・冷媒熱交換器２４を流出した冷却水がエンジン２側に流れるように通路が切り替えられる（図１の矢印ｃ）ため、エンジン２を流出した冷却水は第１の水・冷媒熱交換器２４を経由してエンジン２に戻ってくる流れ（第２の冷却水回路６を循環する流れ）となる。

サーモスタット７は、冷却水温度が５５℃以上９０℃未満のときは第２の水・冷媒熱交換器２２を流出した冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４側に流すように通路を切り替える（図１の矢印ａ）。さらにこのとき、サーモスタット５によって、第１の水・冷媒熱交換器２４を流出した冷却水がエンジン２側に流れるように通路が切り替えられる（図１の矢印ｃ）ため、エンジン２を流出した冷却水は室内熱交換器１３、第２の水・冷媒熱交換器２２および第１の水・冷媒熱交換器２４を経由してエンジン２に戻ってくる流れ（第４の冷却水回路１４を循環する流れ）となる。

制御装置１００は、ヒートポンプサイクル２０の作動を制御して車室内の空調を制御する機能に加え、冷却水回路を切り替えて冷却水の熱を暖房運転に活用する制御を行う電子制御ユニットである。図２に示すように、制御装置１００は、マイクロコンピュータと、エンジン２の起動信号、車室内前面に設けられた操作パネル１１０上の各種スイッチからの信号、冷却水の温度を検出する温度センサ９０等からのセンサ信号等が入力される入力回路と、各種アクチュエータに出力信号を送る出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、ＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）、ＲＡＭ（読み込み書き込み可能の記憶装置）等のメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）等から構成されており、操作パネル１１０等から送信された運転命令に基づいた演算に使用される各種プログラムを有している。制御装置１００は、各種プログラムにより演算された結果に基づいて、圧縮機２１、ポンプ１１等の各作動を制御する。

制御装置１００はエアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を受信してこれらを用いて演算し、圧縮機２１の設定すべき容量を算出する。制御装置１００はエアコン制御のアンプでもあり、たとえば、算出された容量に適合する容量制御信号を電流として容量制御弁に出力し、圧縮機２１の容量を制御する。また、制御装置１００は、エアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を受信してこれらを用いて演算し、ポンプ１１により吐出される流量を算出し、ポンプ１１の作動を制御する。

乗員が操作パネル１１０を操作して空調装置の運転・停止および設定温度などの操作信号等が制御装置１００に入力され、各種センサの検出信号が入力されると、制御装置１００は、各種プログラムにより各機器の作動状態を決定する演算を行い、これに応じて圧縮機２１、ポンプ１１、空調ユニットの送風機、内外気切替ドア、エアミックスドア（いずれも図示せず）等の各機器の運転を制御する。

車両用空調装置において暖房運転の動作状態であるときは、冷却水を室内熱交換器１３に流通させることによって所望の暖房能力が得られるか否かによって、冷却水の流れと、ヒートポンプサイクルの作動と、が制御される。この所望の暖房能力が得られるか否かの判断の一例としては、暖房運転を実施する際の冷却水の温度を用いて判断する方法があり、本実施形態ではこの方法を以下に説明する。

（運転パターン１…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
この場合には、冷却水を直接、室内熱交換器１３に流通させる回路の流れ（以下、第４の冷却水回路１４における冷却水の循環ともいう）によっては暖房能力が得られないため、制御装置１００によって圧縮機２１およびポンプ１１の運転が開始され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図１の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図１の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０の冷媒が循環し、冷却水の流れは、第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水によって加熱された冷媒は、さらに圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。このように加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３で室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン２…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、冷却水を直接、室内熱交換器１３に流通させる回路の流れによって暖房能力が得られるため、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図１の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図１の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０の冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第４の冷却水回路１４を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、冷却水が非常に高温であるため、冷却水の熱を外部に放出するように冷却水の流れが制御される。具体的には、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図１の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０の冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図１の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４を循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

次に、車両用空調装置の暖房運転時の制御について図３にしたがって説明する。図３は、暖房運転の制御の第１例を示すフローチャートである。イグニッションスイッチがオン状態になり、制御装置１００に電源が印加されると、制御装置１００は、暖房運転が開始されているか否かを判定する（ステップ１０）。暖房運転が開始されている場合とは、乗員が操作パネル１１０を操作することによりマニュアルエアコン運転での暖房運転信号が制御装置１００に入力された場合や、オートエアコン運転で暖房運転信号が制御装置１００に入力された場合である。ステップ１０で暖房運転が開始されていると判定すると、ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１（たとえば５５℃）未満であるか否かを判定する。

ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１未満であると判定すると、次にステップ３０で前述の運転パターン１と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。このような処理により、低温である冷却水の熱を冷媒に移動させ、さらにその冷媒を圧縮機２１で圧縮して高圧にし、高圧側熱交換器を介して室内熱交換器１３で車室内への空気が加熱されるようになる。これにより、冷却水が低温であっても、冷却水の熱を冷媒に与えて暖房に寄与させ、ヒートポンプによってさらに暖房能力を向上させるため、エンジン２からの放熱を暖房に有効活用し、乗員に与える暖房感を改善することができる。

ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１以上であると判定すると、さらにステップ４０で制御装置１００は、冷却水の温度が所定温度Ｔ２（たとえば９０℃）以上であるか否かを判定する。ステップ４０で冷却水の温度が所定温度Ｔ２未満であると判定すると、次にステップ４３で前述の運転パターン２と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。このような処理により、比較的高温の冷却水の温度は、直接、室内熱交換器１３に供給されて車室内への空気を加熱する。これにより、冷却水が所定温度Ｔ１以上所定温度Ｔ２未満である比較的高温であれば、冷却水の熱のみで空気を加熱して暖房能力を確保するため、エンジン２からの放熱を暖房に有効活用し、圧縮機の動力および熱交換の際の熱損失の低減が図れ、車両全体の暖房動力を抑えることができる。

ステップ４０で冷却水の温度が所定温度Ｔ２以上であると判定すると、次に、ステップ４１およびステップ４２で前述の運転パターン３と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。ステップ４１では、このように高温の冷却水の温度は冷却する必要があるため、冷却水はラジエータ３で放熱されてエンジン２の冷却が行われる。次に、暖房運転状態であるため、冷却水の熱を暖房に活用する必要がある。そこでステップ４２で、室内熱交換器１３内に残存している冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、第４の冷却水回路１４を循環する流れを形成する処理を実施し、エンジン２で加熱された冷却水の熱のみで空気を加熱して暖房能力を確保する。

以下に、本実施形態の車両用空調装置がもたらす作用効果を述べる。車両用空調装置は、エンジン２を冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、循環される冷媒の状態を制御することにより車室内の空調を行うヒートポンプサイクル２０と、を備え、冷却水および冷媒の少なくともいずれか一方の熱を車室内の暖房に用いる空調装置である。ヒートポンプサイクル２０は、冷媒を吸入して吐出する圧縮機２１と、圧縮機２１から吐出された冷媒を冷却する第２の水・冷媒熱交換器２２（高圧側熱交換器）と、第２の水・冷媒熱交換器２２から流出した冷媒を減圧する膨張弁２３と、冷却水回路の冷却水および膨張弁２３で減圧された冷媒がそれぞれ流通可能に設けられ、減圧された冷媒と冷却水との間で熱交換を行い、冷却水の熱を冷媒に吸熱させる第１の水・冷媒熱交換器２４と、を含む。さらに、外部を流通して車室内に供給される空気と内部を流通する冷媒または冷却水との間で熱交換を行う室内熱交換器１３を備える。

車両用空調装置は、車室内を暖房する暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られる場合には、冷却水を直接、室内熱交換器１３の内部に流通させて空気を加熱する。具体的には、ヒートポンプサイクル２０における冷媒の循環を停止するとともに、冷却水を第４の冷却水回路１４で循環させる。また、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともにヒートポンプサイクル２０の冷媒を循環させて第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水の熱を冷媒に吸熱させ、冷却水の熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器１３で加熱する。具体的には、ヒートポンプサイクル２０における冷媒を循環させるとともに、第２の冷却水回路６および第３の冷却水回路１０のそれぞれで冷却水を循環させる。

この構成によれば、暖房運転のときに冷却水から十分な暖房能力が得られる場合（運転パターン２の場合）には、冷却水を室内熱交換器１３に流通させて室内に供給する空気を加熱する。また、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合（運転パターン１の場合）には、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、このように冷媒に移した熱を室内熱交換器１３で放熱させて空気を加熱する。加えて圧縮機２１によって圧縮されてさらに高温になった冷媒を高圧側熱交換器で放熱させ、この熱を空気に伝えて加熱する。

また、エンジンからの放熱の損失を小さくしてエネルギー効率を上げるためには、冷却水の温度を低くなるように制御した方がよい。しかしながら、冷却水の温度が低くなると、暖房能力が得にくくなる。そこで本実施形態の車両用空調装置によれば、十分な暖房能力が得られないほど冷却水の温度が低い場合でも、冷却水の熱をヒートポンプサイクル２０で循環される冷媒の状態と組み合わせて空気に熱を伝え、暖房に活用できる経路を構築する暖房運転が実現できるため、冷却水の温度を低く抑えて、エンジン２の放熱によるエネルギー損失を低減するとともに、エンジン２からの廃熱をヒートポンプによって効率的に冷媒に移動させて暖房能力を得ることができる。したがって、冷却水の温度を低く抑えながらも暖房能力を提供することができるとともに、暖房に要する動力の省力化が図れ、車両全体のエネルギー効率が向上し、燃費の向上にも寄与することができる。

また、従来のハイブリッド自動車では、車両が走行するためにエンジンの駆動が不要な場合でも、暖房運転が開始されるとエンジンを駆動してその熱を暖房に使用するようにしていた。そこで本実施形態の車両用空調装置によれば、冷却水が低温であるときでも、このような暖房のためのエンジンの駆動を回避することができるため、従来に比べエンジンの稼動率を低減でき、車両全体のエネルギー効率を向上することができる。

また、従来の車両では、冷却水が低温のとき、室内熱交換器に冷却水を流通させても室内熱交換器に対して送風を行わず、冷却水の温度が上昇したときに室内熱交換器に対して送風を行って暖房能力を得るようにしていた。そこで本実施形態の車両用空調装置によれば、冷却水の温度が低いときでも、ヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に移送して暖房能力を得るため、暖房運転時の車室内温度の立ち上がりが早くなり、乗員の暖房感を向上することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の車両用空調装置の他の例を図４にしたがって説明する。図４は、第２実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図４において図１と同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図４に示すように、本車両用空調装置のヒートポンプサイクル２０Ａは、第１実施形態のヒートポンプサイクル２０に対して、第１の減圧装置である膨張弁２３の流出側に室外熱交換器２５を備えたことが異なっている。室外熱交換器２５は、ヒートポンプサイクル２０Ａを循環する冷媒が内部を流通し、この冷媒と熱交換する外気が外部を通過するように構成された熱交換器である。さらに室外熱交換器２５には、外気を送風するための送風機２６が隣接している。

本実施形態では、制御装置１００は、第１実施形態で前述した機能に加え、受信したエアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を用い、内蔵された各種プログラムにより演算を行い、送風機２６の回転数（あるいは送風量）を算出し、これに応じて送風機２６の作動を制御する。

本実施形態において暖房運転を実施する際の制御について以下に説明する。なお、以下に説明する運転パターン１Ａ，２Ａ，３Ａは、第１実施形態で図３のフローチャートにしたがって説明した暖房運転時の制御における運転パターン１，２，３にそれぞれ対応する。

（運転パターン１Ａ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
この場合には、制御装置１００によって圧縮機２１、ポンプ１１および送風機２６の運転が開始され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図４の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図４の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ａの冷媒が循環し、冷却水の流れは、第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２３で減圧されて低圧となった冷媒は、室外熱交換器２５で外気から吸熱し、さらに第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水によって加熱される。さらに冷媒は圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。このように加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３で室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン２Ａ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、圧縮機２１、ポンプ１１および送風機２６の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図４の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図４の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ａの冷媒は循環せず、冷却水の流れは第４の冷却水回路１４を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３Ａ…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、圧縮機２１、ポンプ１１および送風機２６の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図４の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ａの冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図４の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４を循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

このように本実施形態によれば、車両用空調装置は、膨張弁２３で減圧された冷媒が内部を流通し、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器２５と、室外熱交換器２５に外気を送風する送風機２６と、を備えるヒートポンプサイクル２０Ａを有する。車両用空調装置は、暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、ヒートポンプサイクル２０Ａの冷媒を循環させ、さらに送風機２６を作動させて室外熱交換器２５に外気を送風するとともに、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させる。

これによれば、暖房運転のときに、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合に（運転パターン１Ａの場合）は、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させ、さらに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、室内熱交換器１３で放熱させて空気を加熱する。加えて室外熱交換器２５で外気の熱を冷媒に移し、外気の熱を取り入れた冷媒の熱を高圧側の第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水に対して放熱し、さらに室内熱交換器１３で暖房用の空気への加熱量を増大させる。これにより、冷却水の熱、外気の熱、および圧縮機２１によって圧縮された冷媒の熱を加えた暖房風を提供できるため、第１実施形態の車両用空調装置に比べ、暖房能力をさらに向上することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の車両用空調装置の他の例を図５および図６にしたがって説明する。図５は、第３実施形態の車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図６は、車両用空調装置の暖房運転において行われる制御の第２例を示すフローチャートである。図５および図６において図１および図３と同一符号を付した構成部品やステップは、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図５に示すように、本実施形態の車両用空調装置のヒートポンプサイクル２０Ｂは、第１実施形態のヒートポンプサイクル２０に対して、第２の水・冷媒熱交換器２２の流出側で２つに分岐された冷媒通路を有し、一方の冷媒通路には下流に向かって膨張弁２３、第１の水・冷媒熱交換器２４が順に設けられ、他方の冷媒通路３０には下流に向かって膨張弁２７、室外熱交換器２５が順に設けられている点が異なっている。室外熱交換器２５は、膨張弁２７で減圧されて冷媒通路３０を流通してきた冷媒が内部を流通し、この冷媒と熱交換する外気が外部を通過するように構成された熱交換器である。さらに室外熱交換器２５には、外気を送風するための送風機２６が隣接している。すなわち、室外熱交換器２５は、圧縮機２１から吐出された冷媒が第１の水・冷媒熱交換器２４および室外熱交換器２５の少なくともいずれか一方に流入するように第１の水・冷媒熱交換器２４に対して並列に配置されている。膨張弁２７は、第２の水・冷媒熱交換器２２から流出して冷媒通路３０に流れる冷媒を減圧する減圧装置であり、室外熱交換器２５に流入させる冷媒を低圧冷媒にする。本実施形態における膨張弁２３および膨張弁２７は、いずれも流調式膨張弁で構成され、その開度は制御装置１００によって制御される。

本実施形態では、制御装置１００は、第１実施形態で前述した機能に加え、受信したエアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を用い、内蔵された各種プログラムにより演算を行い、膨張弁２３および膨張弁２７の各開度を算出し、これに応じて膨張弁２３および膨張弁２７の各作動を制御するとともに、送風機２６の回転数（あるいは送風量）を算出し、これに応じて送風機２６の作動を制御する。

本実施形態において暖房運転を実施する際の制御について以下に説明する。

（運転パターン１Ｂ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
冷却水温度がたとえば０℃以上５５℃未満の場合には、制御装置１００によって圧縮機２１およびポンプ１１の運転が開始されるとともに、膨張弁２７の開度がゼロ、つまり膨張弁２７が全閉状態に制御され膨張弁２３が開状態に制御される。さらに冷却水回路は、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図５の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図５の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｂの冷媒は圧縮機２１、第２の水・冷媒熱交換器２２、膨張弁２３、第１の水・冷媒熱交換器２４、圧縮機２１の順に循環し、冷却水の流れは第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２３で減圧されて低圧となった冷媒は、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水によって加熱され、さらに圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。このように加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３で室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する（以上、運転パターン１Ｂ（１）とする）。

また、冷却水温度がたとえば０℃未満の場合には、冷却水から吸熱するよりも外気から吸熱する方が多くの熱量が得られると判定し、制御装置１００によって圧縮機２１およびポンプ１１の運転が開始されるとともに、膨張弁２３の開度がゼロ、つまり膨張弁２３が全閉状態に制御され膨張弁２７が開状態に制御される。さらに冷却水回路は、冷却水の温度に応じて、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図５の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図５の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｂの冷媒は圧縮機２１、第２の水・冷媒熱交換器２２、膨張弁２７、室外熱交換器２５、圧縮機２１の順に循環し、冷却水の流れは第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２７で減圧されて低圧となった冷媒は、室外熱交換器２５で外気によって加熱され、さらに圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する（以上、運転パターン１Ｂ（２）とする）。

（運転パターン２Ｂ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図５の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図５の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｂの冷媒は循環せず、冷却水の流れは第４の冷却水回路１４を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３Ｂ…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、圧縮機２１、ポンプ１１および送風機２６の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図５の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｂの冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図５の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４を循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

次に、車両用空調装置の暖房運転時の制御について図６にしたがって説明する。図６は、暖房運転の制御の第２例を示すフローチャートである。図６に示す第２例の一連の処理において、図３に示す第１例の処理と同様の処理であるものは、同一のステップ符号を付している。図６に示すように、制御装置１００に電源が印加されると、制御装置１００は、暖房運転が開始されているか否かを判定する（ステップ１０）。ステップ１０で暖房運転が開始されていると判定すると、ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１（たとえば５５℃）未満であるか否かを判定する。

ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１未満であると判定すると、さらにステップ２５で冷却水の温度が、Ｔ１よりも低温に設定された所定温度Ｔ０（たとえば０℃）未満であるか否かを判定する。ステップ２５で冷却水の温度が所定温度Ｔ０未満であると判定すると、ステップ２６で前述の運転パターン１Ｂ（２）と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。このような処理により、冷却水が非常に低温であるとき、冷却水からではなく外気の熱を冷媒に移動させ、さらにその冷媒を圧縮機２１で圧縮して高圧にし、高圧側熱交換器を介して室内熱交換器１３で車室内への空気が加熱されるようになる。これにより、エンジン始動直後等で冷却水が非常に低温の状態でも、外気の熱を冷媒に与えて暖房に寄与させ、ヒートポンプによってさらに暖房能力を向上させるため、暖房運転立ち上がり時の暖房感を改善することができる。

ステップ２５で冷却水の温度が所定温度Ｔ０以上であると判定すると、ステップ３０で前述の運転パターン１Ｂ（１）と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。このような処理により、冷却水の熱を冷媒に移動させ、さらにその冷媒を圧縮機２１で圧縮して高圧にし、高圧側熱交換器を介して室内熱交換器１３で車室内への空気が加熱されるようになる。これにより、冷却水が低温であっても、冷却水の熱を冷媒に与えて暖房に寄与させ、ヒートポンプによってさらに暖房能力を向上させるため、エンジン２からの放熱を暖房に有効活用し、乗員に与える暖房感を改善することができる。

ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１以上であると判定すると、ステップ４０で制御装置１００は、冷却水の温度が所定温度Ｔ２（たとえば９０℃）以上であるか否かを判定する。ステップ４０で冷却水の温度が所定温度Ｔ２未満であると判定すると、ステップ４３で前述の運転パターン２Ｂと同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。

ステップ４０で冷却水の温度が所定温度Ｔ２以上であると判定すると、ステップ４１およびステップ４２で前述の運転パターン３Ｂと同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。ステップ４１では、このように高温の冷却水の温度は冷却する必要があるため、冷却水はラジエータ３で放熱されてエンジン２の冷却が行われる。次に、暖房運転状態であるため、冷却水の熱を暖房に活用する必要がある。そこでステップ４２で、室内熱交換器１３内に残存している冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、第４の冷却水回路１４を循環する流れを形成する処理を実施し、エンジン２で加熱された冷却水の熱のみで空気を加熱して暖房能力を確保する。

このように本実施形態によれば、車両用空調装置は、暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、さらに冷却水の温度が所定温度Ｔ０未満であれば、ヒートポンプサイクル２０Ｂの冷媒を室外熱交換器２５に流入させるとともに送風機２６を作動させて室外熱交換器２５に外気を送風し、外気の熱を冷媒に吸熱させ、外気の熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器１３で加熱する。そして冷却水の温度が所定温度Ｔ０以上に上昇すると、車両用空調装置は、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともにヒートポンプサイクル２０Ｂの冷媒を第１の水・冷媒熱交換器２４に流入させる。

これによれば、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合であって、冷却水よりも外気の熱を取り入れた方が多くの熱量が得られるときには、室外熱交換器２５で外気の熱を冷媒に移し、外気の熱を取り入れた冷媒の熱を、第２の水・冷媒熱交換器２２で放熱し、暖房用の空気に供給するようにする。そして、冷却水の熱からでも熱量が得られるようになると、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、加えてヒートポンプサイクル２０Ｂの高圧側の第２の水・冷媒熱交換器２２における高圧冷媒からの放熱を利用して空気を加熱する。これにより、冷却水の温度が著しく低いときなどには、冷却水ではなく外気の熱を利用した暖房運転が行われるため、冬季等の暖房運転の立ち上がり時における暖房温度の低下を抑制できる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態の車両用空調装置の他の例を図７にしたがって説明する。図７は、第４実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図７において図１と同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図７に示すように、本車両用空調装置のヒートポンプサイクル２０Ｃは、第１実施形態のヒートポンプサイクル２０に対して、圧縮機２１Ａが気体の冷媒が導入されるガスインジェクションポートを有することと、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水と熱交換された冷媒を気液分離する気液分離器２８と、気液分離器２８で分離された液体の冷媒をガスインジェクションポートに導入するガスインジェクション配管３１と、気液分離器２８で分離された液体の冷媒を減圧する膨張弁２９（第２の減圧装置）と、膨張弁２９で減圧された冷媒が内部を流通し冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器２５と、室外熱交換器２５に外気を送風する送風機２６と、を備えていることが異なっている。膨張弁２９は、膨張弁２３と同様に、固定式膨張弁、流調式膨張弁のいずれであってもよい。

圧縮機２１Ａは、ガスインジェクション機能付きの圧縮機であり、たとえば２シリンダーガスインジェクションコンプレッサである。このヒートポンプサイクル２０Ｃでは、気液分離器２８で分離された飽和気体の冷媒は、ガスインジェクション配管３１を通って圧縮機２１Ａのガスインジェクションポートから中間圧力の冷媒として圧縮機２１Ａに導入される。気液分離器２８で分離された飽和液体の冷媒は、冷媒配管３２を流下し、膨張弁２９によってさらに減圧され、室外熱交換器２５で外気によって加熱され、低圧の冷媒として圧縮機２１Ａに吸入される。ガスインジェクションポートから導入された中間圧力の冷媒は、圧縮機２１のシリンダーにおいて、ほぼ中間圧力にまで圧縮された前述の低圧の冷媒と混合し、ともに高圧にまで圧縮されて第２の水・冷媒熱交換器２２に向けて吐出される。室外熱交換器２５においては、低圧の冷媒が流入することにより、低温の空気と熱交換させることができるため、温度差の少ない流体間の熱交換が行われ、熱交換効率を向上させることができる。また、ガスインジェクション配管３１には、圧縮機２１Ａに吸入されるガスインジェクション量を制御する電磁弁を設けるようにしてもよい。この電磁弁を制御すれば、圧縮機２１Ａの動力を適切に制御することができる。

また本実施形態では、制御装置１００は、第１実施形態で前述した機能に加え、受信したエアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を用い、内蔵された各種プログラムにより演算を行い、送風機２６の回転数（あるいは送風量）を算出し、これに応じて送風機２６の作動を制御する。

本実施形態において暖房運転を実施する際の制御について以下に説明する。なお、以下に説明する運転パターン１Ｃ，２Ｃ，３Ｃは、第１実施形態で図３のフローチャートにしたがって説明した暖房運転時の制御における運転パターン１，２，３にそれぞれ対応する。

（運転パターン１Ｃ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
この場合には、制御装置１００によって圧縮機２１Ａ、ポンプ１１および送風機２６の運転が開始され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図７の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図７の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｃの冷媒が循環し、冷却水の流れは、第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２３で減圧されて低圧となった冷媒は、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水から吸熱した後、気液分離器２８で分離された飽和蒸気が中間圧の冷媒として圧縮機２１に吸入される。さらに気液分離器２８で分離された飽和液体は膨張弁２３で減圧されてさらに低圧となって室外熱交換器２５で外気によって加熱された後、中間圧の冷媒として圧縮機２１に吸入される。冷媒配管３２を流下する低圧の冷媒とガスインジェクション配管３１を流下する中間圧力の冷媒は、圧縮機２１内で圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。このように加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３で室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン２Ｃ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、圧縮機２１Ａ、ポンプ１１および送風機２６の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図７の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図７の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｃの冷媒は循環せず、冷却水の流れは第４の冷却水回路１４を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３Ｃ…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、圧縮機２１Ａ、ポンプ１１および送風機２６の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図７の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｃの冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図７の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４を循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

このように本実施形態によれば、圧縮機２１Ａには、中間圧力の飽和蒸気がガスインジェクション配管３１を通じて吸入され、飽和液体が膨張弁２９でさらに減圧されて低圧の冷媒として吸入されるため、圧縮機２１Ａの動力を低減する効果の高いヒートポンプサイクル２０Ｃを構築できる。また、飽和液体が膨張弁２９で減圧されて室外熱交換器２５で外気から吸熱することにより、低圧の冷媒と低温の空気とを熱交換させることが可能になるため、室外熱交換器２５における熱交換効率を向上させることができる。したがって、本実施形態の車両用空調装置は、さらなる暖房動力の省力化およびヒートポンプサイクル２０Ｃの高効率化を図ることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態では、第１実施形態の車両用空調装置の他の例を図８にしたがって説明する。図８は、第５実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図８において図１と同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図８に示すように、本車両用空調装置のヒートポンプサイクル２０Ｄは、第１実施形態のヒートポンプサイクル２０に対して、エンジン２から流出し排気管４１内を流下する排ガスの熱を熱交換媒体（たとえば水）に回収する排気熱回収器４０と、この熱交換媒体とヒートポンプサイクル２０Ｄを循環する冷媒との間で熱交換を行う排気熱用熱交換器４３と、をさらに備える。排気熱回収器４０は、内部に封入された作動液が排ガスによって蒸発することで蒸発潜熱の吸収を行う。

排気熱回収器４０は、ヒートパイプ式の沸騰熱伝達によって排ガスから吸熱する方式を採用しており、閉ループ回路の内部に封入された作動液が排ガスによって加熱されて蒸発する蒸発部と、蒸発部と連通し蒸発部で気体になった作動液が凝縮する凝縮部と、を備えている。排気熱用熱交換器４３は、圧縮機２１の吸入側の通路であってヒートポンプサイクル２０の低圧側通路の一部に冷媒通路を有し、排気熱回収器４０の凝縮部で排ガスの熱を回収した熱交換媒体が循環する回路４２の一部の通路を有しており、この冷媒通路および回路４２の一部の通路を流れる流体間で熱交換が行われる構成である。

排気熱回収器４０の凝縮部では、蒸発部で蒸発された作動液の気体が凝縮され、その熱は放熱され熱交換媒体に回収される。熱交換媒体は、回路４２を循環し、排気熱用熱交換器４３に含まれる通路（回路４２の一部の通路）で冷媒に対して放熱し、冷媒に排ガスのから回収した熱を移すものである。冷媒に移された排ガスからの回収熱は、冷媒が圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧の冷媒に含まれるようになる。この高圧の冷媒は、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。また、回路４２には、排気熱用熱交換器４３に流入する熱交換媒体の流量を制御する電磁弁を設けるようにしてもよい。この電磁弁を制御すれば、ヒートポンプサイクル２０Ｄの冷媒に与える排ガスからの回収熱量を、エアコン環境情報、エアコン運転条件情報、、車両環境情報等に応じて適切に制御することができる。

本実施形態において暖房運転を実施する際の制御について以下に説明する。なお、以下に説明する運転パターン１Ｄ，２Ｄ，３Ｄは、第１実施形態で図３のフローチャートにしたがって説明した暖房運転時の制御における運転パターン１，２，３にそれぞれ対応する。

（運転パターン１Ｄ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
この場合には、制御装置１００によって圧縮機２１およびポンプ１１の運転が開始され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図８の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図８の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｄの冷媒が循環し、冷却水の流れは、第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２３で減圧されて低圧となった冷媒は、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水によって加熱され、さらに排ガスの熱を回収した熱交換媒体によって排気熱用熱交換器４３で加熱される。さらに冷媒は圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。このように加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３で室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン２Ｄ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図８の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図８の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｄの冷媒は循環せず、冷却水の流れは第４の冷却水回路１４を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３Ｄ…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図８の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｄの冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図８の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４を循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

このように本実施形態の車両用空調装置によれば、暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、ヒートポンプサイクル２０Ｄの冷媒を循環させて、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水の熱を冷媒に吸熱し、さらに排気熱用熱交換器４３で排ガスの熱を冷媒に吸熱する。

これによれば、暖房運転のときに、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合に（運転パターン１Ｄの場合）は、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させ、さらに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、室内熱交換器１３で放熱させて空気を加熱する。加えて排気熱回収器４０で排ガスから回収した熱を排気熱用熱交換器４３で冷媒に移し、排ガスの熱を取り入れた冷媒の熱を高圧側の第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水に対して放熱し、さらに室内熱交換器１３で暖房用の空気への加熱量を増大させる。これにより、冷却水の熱および圧縮機２１によって圧縮された冷媒の熱を加えた暖房風に加え、エンジン２からの廃熱に対する追随性に優れた排ガスの熱を冷媒に取り入れることにより、さらなる暖房能力の向上が図れる。

（第６実施形態）
第６実施形態では、第１実施形態の車両用空調装置の他の例を図９および図１０にしたがって説明する。図９は、第６実施形態の車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図１０は、車両用空調装置の暖房運転において行われる制御の第２例を示すフローチャートである。図９および図１０において図１および図３と同一符号を付した構成部品やステップは、第１実施形態および第５実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図９に示すように、本実施形態の車両用空調装置のヒートポンプサイクル２０Ｅは、第１実施形態のヒートポンプサイクル２０に対して、第２の水・冷媒熱交換器２２の流出側で２つに分岐された冷媒通路を有し、一方の冷媒通路には下流に向かって膨張弁２３、第１の水・冷媒熱交換器２４が順に設けられ、他方の冷媒通路３０には下流に向かって膨張弁２７、排気熱用熱交換器４３が順に設けられている点が異なっている。前述の第５実施形態と同様に、回路４２を循環する熱交換媒体は、排気熱回収器４０で排ガスの熱を回収し、この熱交換媒体が排気熱用熱交換器４３で冷媒を加熱するように構成されている。

排気熱用熱交換器４３は、圧縮機２１から吐出された冷媒が第１の水・冷媒熱交換器２４および排気熱用熱交換器４３の少なくともいずれか一方に流入するように第１の水・冷媒熱交換器２４に対して並列に配置されている。膨張弁２７は、第２の水・冷媒熱交換器２２から流出して冷媒通路３０に流れる冷媒を減圧する減圧装置であり、排気熱用熱交換器４３に流入させる冷媒を低圧冷媒にする。本実施形態における膨張弁２３および膨張弁２７は、いずれも流調式膨張弁で構成され、その開度は制御装置１００によって制御される。

本実施形態では、制御装置１００は、第１実施形態で前述した機能に加え、受信したエアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を用い、内蔵された各種プログラムにより演算を行い、膨張弁２３および膨張弁２７の各開度を算出し、これに応じて膨張弁２３および膨張弁２７の各作動を制御する。

本実施形態において暖房運転を実施する際の制御について以下に説明する。

（運転パターン１Ｅ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
冷却水温度がたとえば３０℃以上５５℃未満の場合には、制御装置１００によって圧縮機２１およびポンプ１１の運転が開始されるとともに、膨張弁２７の開度がゼロ、つまり膨張弁２７が全閉状態に制御され膨張弁２３が開状態に制御される。さらに冷却水回路は、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図９の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図９の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｅの冷媒は圧縮機２１、第２の水・冷媒熱交換器２２、膨張弁２３、第１の水・冷媒熱交換器２４、圧縮機２１の順に循環し、冷却水の流れは第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２３で減圧されて低圧となった冷媒は、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水によって加熱され、さらに圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する。このように加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３で室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する（以上、運転パターン１Ｅ（１）とする）。

また、冷却水温度がたとえば３０℃未満の場合には、冷却水から吸熱するよりも排ガスの熱を回収して吸熱する方が多くの熱量が得られると判定し、制御装置１００によって圧縮機２１およびポンプ１１の運転が開始されるとともに、膨張弁２３の開度がゼロ、つまり膨張弁２３が全閉状態に制御され膨張弁２７が開状態に制御される。さらに冷却水回路は、冷却水の温度に応じて、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図９の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図９の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｅの冷媒は圧縮機２１、第２の水・冷媒熱交換器２２、膨張弁２７、排気熱用熱交換器４３、圧縮機２１の順に循環し、冷却水の流れは第２の冷却水回路６を循環する流れと、第３の冷却水回路１０を循環する流れと、に形成される。膨張弁２７で減圧されて低圧となった冷媒は、排気熱用熱交換器４３で排ガスからの回収熱によって加熱され、さらに圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、第２の水・冷媒熱交換器２２で第３の冷却水回路１０を循環する冷却水を加熱する（以上、運転パターン１Ｅ（２）とする）。

（運転パターン２Ｅ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図９の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図９の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｅの冷媒は循環せず、冷却水の流れは第４の冷却水回路１４を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３Ｅ…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、圧縮機２１およびポンプ１１の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図９の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｅの冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図９の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４を循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

次に、車両用空調装置の暖房運転時の制御について図１０にしたがって説明する。図１０は、暖房運転の制御の第３例を示すフローチャートである。図１０に示す第３例の一連の処理において、図３に示す第１例の処理と同様の処理であるものは、同一のステップ符号を付している。図１０に示すように、制御装置１００に電源が印加されると、制御装置１００は、暖房運転が開始されているか否かを判定する（ステップ１０）。ステップ１０で暖房運転が開始されていると判定すると、ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１（たとえば５５℃）未満であるか否かを判定する。

ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１未満であると判定すると、さらにステップ２５ａで冷却水の温度が、Ｔ１よりも低温に設定された所定温度Ｔ３（たとえば３０℃）未満であるか否かを判定する。ステップ２５ａで冷却水の温度が所定温度Ｔ３未満であると判定すると、ステップ２６ａで前述の運転パターン１Ｅ（２）と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。このような処理により、冷却水が低温であるときには、冷却水よりもエンジン２からの廃熱に対する追随性に優れ、早く温度上昇する排ガスの熱を冷媒に移動させ、さらにその冷媒を圧縮機２１で圧縮して高圧にし、高圧側熱交換器を介して室内熱交換器１３で車室内への空気が加熱されるようになる。これにより、エンジン始動直後等で冷却水が非常に低温の状態でも、排ガスの熱を冷媒に与えて暖房に寄与させ、ヒートポンプによってさらに暖房能力を向上させるため、暖房運転立ち上がり時の暖房感を改善することができる。

ステップ２５ａで冷却水の温度が所定温度Ｔ３以上であると判定すると、ステップ３０で前述の運転パターン１Ｅ（１）と同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。このような処理により、冷却水の熱を冷媒に移動させ、さらにその冷媒を圧縮機２１で圧縮して高圧にし、高圧側熱交換器を介して室内熱交換器１３で車室内への空気が加熱されるようになる。これにより、冷却水が低温であっても、冷却水の熱を冷媒に与えて暖房に寄与させ、ヒートポンプによってさらに暖房能力を向上させるため、エンジン２からの放熱を暖房に有効活用し、乗員に与える暖房感を改善することができる。

ステップ２０で冷却水の温度が所定温度Ｔ１以上であると判定すると、ステップ４０で制御装置１００は、冷却水の温度が所定温度Ｔ２（たとえば９０℃）以上であるか否かを判定する。ステップ４０で冷却水の温度が所定温度Ｔ２未満であると判定すると、ステップ４３で前述の運転パターン２Ｅと同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。

ステップ４０で冷却水の温度が所定温度Ｔ２以上であると判定すると、ステップ４１およびステップ４２で前述の運転パターン３Ｅと同様の作動を実行する。そして、ステップ１０に戻り、以降の各処理が継続して行われる。ステップ４１では、このように高温の冷却水の温度は冷却する必要があるため、冷却水はラジエータ３で放熱されてエンジン２の冷却が行われる。次に、暖房運転状態であるため、冷却水の熱を暖房に活用する必要がある。そこでステップ４２で、室内熱交換器１３内に残存している冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、第４の冷却水回路１４を循環する流れを形成する処理を実施し、エンジン２で加熱された冷却水の熱のみで空気を加熱して暖房能力を確保する。

このように本実施形態によれば、車両用空調装置は、暖房運転を実施するときに、冷却水を室内熱交換器１３の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、さらに冷却水の温度が所定温度Ｔ３未満であれば、ヒートポンプサイクル２０Ｅの冷媒を排気熱用熱交換器４３に流入させて排ガスの熱を冷媒に吸熱させ、排ガスの熱を取り込んだ冷媒の熱を用いて空気を室内熱交換器１３で加熱する。そして冷却水の温度が所定温度Ｔ３以上に上昇すると、車両用空調装置は、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともにヒートポンプサイクル２０Ｅの冷媒を第１の水・冷媒熱交換器２４に流入させる。

これによれば、冷却水からでは十分な暖房能力が得られない場合であって、冷却水よりも排ガスの熱を取り入れた方が多くの熱量が得られるときには、排気熱用熱交換器４３で排ガスの熱を冷媒に移し、排ガスの熱を取り入れた冷媒の熱を、第２の水・冷媒熱交換器２２で放熱し、暖房用の空気に供給するようにする。そして、冷却水の熱からでも熱量が得られるようになると、冷却水を第１の水・冷媒熱交換器２４に流通させるとともに冷媒を循環させてヒートポンプによって冷却水の熱を冷媒に汲み上げて運び、加えてヒートポンプサイクル２０Ｅの高圧側の第２の水・冷媒熱交換器２２における高圧冷媒からの放熱を利用して空気を加熱する。これにより、冷却水の温度が著しく低いときなどには、冷却水ではなく、温度上昇が早い排ガスの熱を利用した暖房運転が行われるため、冬季等の暖房運転の立ち上がり時における暖房温度の低下を抑制できる。

（第７実施形態）
第７実施形態では、第１実施形態の車両用空調装置の他の例を図１１にしたがって説明する。図１１は、第７実施形態に係る車両用空調装置についての暖房運転に関わる概略的構成図を示している。図１１において図１と同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図１１に示すように、本車両用空調装置のヒートポンプサイクル２０Ｆは、第１実施形態のヒートポンプサイクル２０に対して、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒が流入する高圧側熱交換器を放熱器５０として備え、この放熱器５０は室内熱交換器１３の空気流れの下流側に配置したことが異なっている。放熱器５０は、ヒートポンプサイクル２０Ｆを循環する冷媒が流通する冷媒通路を備え、この冷媒と熱交換する外気が外部を通過するように冷媒通路に隣接した空気通路を備えて、車室内に送風される空気を加熱することができる室内熱交換器でもある。

さらに、車両用空調装置の暖房運転に関与する冷却水回路は、第１の冷却水回路１と、第２の冷却水回路６と、第４の冷却水回路１４Ａと、を含んで構成されており、前述の第２の水・冷媒熱交換器２２に相当する熱交換器がないため、前述の第３の冷却水回路１０を備えていない。これに伴い、本実施形態の車両用空調装置は、第３の冷却水回路１０に設けられるポンプ１１および逆止弁１２を備えていない。

本実施形態において暖房運転を実施する際の制御について以下に説明する。なお、以下に説明する運転パターン１Ｆ，２Ｆ，３Ｆは、第１実施形態で図３のフローチャートにしたがって説明した暖房運転時の制御における運転パターン１，２，３にそれぞれ対応する。

（運転パターン１Ｆ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃未満の場合）
この場合には、制御装置１００によって圧縮機２１の運転が開始され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図１１の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ｂ（図１１の矢印ｂ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｆの冷媒が循環し、冷却水の流れは、第２の冷却水回路６を循環する流れになる。膨張弁２３で減圧されて低圧となった冷媒は、第１の水・冷媒熱交換器２４で冷却水によって加熱される。さらに冷媒は圧縮機２１に吸入されて圧縮されることによって高圧になり、放熱器５０で車室内に送風される空気を加熱し、車室内の暖房を提供する。

（運転パターン２Ｆ…暖房運転時で冷却水温度が５５℃以上９０℃未満の場合）
この場合には、圧縮機２１の運転は停止され、冷却水の温度に応じて、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図１１の矢印ｃ）に設定され、サーモスタット７によって流れ方向ａ（図１１の矢印ａ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｆの冷媒は循環せず、冷却水の流れは第４の冷却水回路１４Ａを循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて車室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

（運転パターン３Ｆ…冷却水温度が９０℃以上の場合）
この場合で暖房運転が停止しているときには、圧縮機２１の運転は停止され、冷却水の温度に応じてサーモスタット５によって流れ方向ｄ（図１１の矢印ｄ）に設定される。これにより、ヒートポンプサイクル２０Ｆの冷媒は循環せず、冷却水の流れは、第１の冷却水回路１を循環する流れのみとなる。エンジン２で加熱された冷却水の熱は、ラジエータ３で捨てられ、冷却水の冷却が継続して行われる。一方、暖房運転が開始された場合は、一時的に室内熱交換器１３に冷却水が流入しない状態になるが、室内熱交換器１３内に残っている冷却水の９０℃近い温度が下がってしまう前に、サーモスタット５によって流れ方向ｃ（図１１の矢印ｃ）が設定され、第４の冷却水回路１４Ａを循環する流れが再開されるようになる。そして、エンジン２で加熱された冷却水の熱は、室内熱交換器１３に供給されて室内へ送られる空気を加熱して車室内の暖房を提供する。

このように本実施形態によれば、圧縮機２１で圧縮された高圧の冷媒が冷却される放熱器５０を室内熱交換器１３と同様に車室内に通じる空気通路に配置し、放熱器５０によって直接空気を加熱する。これにより、暖房に要する動力の省力化が図れ、車両全体のエネルギー効率が向上し、燃費の向上にも寄与することができる空調装置が提供できるとともに、暖房運転に関与する冷却水回路の構成を簡単化でき、部品点数の低減や、制御が必要となる機器の減少も図れる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記の第３実施形態および第６実施形態において、冷媒通路３０は圧縮機２１に直接接続される構成であるが、この構成に限定されず、第１の水・冷媒熱交換器２４と圧縮機２１とを接続する冷媒通路に合流する構成であってもよい。この場合には、冷媒通路３０を流下する冷媒と、第１の水・冷媒熱交換器２４を流出した冷媒は、圧縮機２１の上流側で混合されて均一な圧力となって圧縮機２１に吸入されるようになる。

また、上記実施形態における車両用空調装置は、ガソリン内燃機関、ディーゼル内燃機関等を有する車両、ハイブリッド自動車、または電気自動車に適用することができる。

また、上記実施形態の冷媒には、二酸化炭素冷媒の他、Ｒ４０４Ａや、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、等を使用することができる。

また、ラジエータ３の前方には、ヒートポンプサイクル２０の高圧側熱交換器である第２の水・冷媒熱交換器２２を配置するようにしてもよい。

１…第１の冷却水回路（冷却水回路）
２…エンジン
３…ラジエータ
６…第２の冷却水回路（冷却水回路）
１０…第３の冷却水回路（冷却水回路）
１３…室内熱交換器
１４，１４Ａ…第４の冷却水回路（冷却水回路）
２０…ヒートポンプサイクル
２１…圧縮機
２２…第２の水・冷媒熱交換器（高圧側熱交換器）
２３…膨張弁（第１の減圧装置）
２４…第１の水・冷媒熱交換器
２５…室外熱交換器
２６…送風機
２９…膨張弁（第２の減圧装置）
３１…ガスインジェクション配管
４０…排気熱回収器
４３…排気熱用熱交換器
５０…放熱器（室内熱交換器）

Claims (7)

1. 車両に駆動力を与えるエンジン（２）が接続される回路であって、前記エンジンを冷却する冷却水が循環する冷却水回路（１，６，１０，１４）と、
   循環される冷媒の状態を制御することにより車室内の空調を行うヒートポンプサイクル（２０）と、を備え、前記冷却水および前記冷媒の少なくともいずれか一方の熱を前記車室内の暖房に用いる車両用空調装置であって、
   前記ヒートポンプサイクルは、
   冷媒を吸入して吐出する圧縮機（２１）と、前記圧縮機から吐出された冷媒を冷却する高圧側熱交換器（２２）と、前記高圧側熱交換器から流出した冷媒を減圧する第１の減圧装置（２３）と、前記冷却水回路の前記冷却水および前記第１の減圧装置で減圧された冷媒がそれぞれ流通可能に設けられ、前記減圧された冷媒と前記冷却水との間で熱交換を行い、前記冷却水の熱を前記冷媒に吸熱させる第１の水・冷媒熱交換器（２４）と、を含んでおり、
   さらに、外部を流通して車室内に供給される空気と内部を流通する前記冷媒または前記冷却水との間で熱交換を行う室内熱交換器（１３，５０）を備え、
   前記車室内を暖房する暖房運転を実施するときに、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られる場合には、前記冷却水を直接、前記室内熱交換器の内部に流通させて前記空気を加熱し、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、前記冷却水を前記第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともに前記ヒートポンプサイクルの冷媒を循環させて前記第１の水・冷媒熱交換器で前記冷却水の熱を前記冷媒に吸熱させ、前記冷却水の熱を取り込んだ前記冷媒の熱を用いて前記空気を前記室内熱交換器で加熱することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記高圧側熱交換器は、
   前記圧縮機から吐出された冷媒と前記室内熱交換器の内部を流通する冷却水とが流通するように設けられ、前記冷媒と前記冷却水との間で熱交換を行い、前記冷媒の熱を前記冷却水に吸熱させる第２の水・冷媒熱交換器（２２）であり、
   前記冷却水回路は、
   前記冷却水の熱が外部に対して放熱されるラジエータ（３）が配置され前記冷却水が前記ラジエータおよび前記エンジンを循環するように設けられる第１の冷却水回路（１）と、前記冷却水が前記第１の水・冷媒熱交換器および前記エンジンを循環するように設けられる第２の冷却水回路（６）と、前記冷却水が前記第２の水・冷媒熱交換器および前記室内熱交換器の内部を循環するように設けられる第３の冷却水回路（１０）と、前記冷却水が前記第１の水・冷媒熱交換器、前記エンジン、前記室内熱交換器の内部、および前記第２の水・冷媒熱交換器を循環するように設けられる第４の冷却水回路（１４）と、を含んで構成されており、
   前記暖房運転を実施するときに、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られる場合には、前記ヒートポンプサイクルにおける冷媒の循環を停止するとともに、前記冷却水を前記第４の冷却水回路で循環させ、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、前記ヒートポンプサイクルにおける冷媒を循環させるとともに、前記第２の冷却水回路および前記第３の冷却水回路のそれぞれで前記冷却水を循環させ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. 前記ヒートポンプサイクルを循環する前記冷媒が内部を流通し、前記冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器（２５）と、前記室外熱交換器に前記外気を送風する送風機（２６）と、をさらに備え、
   前記室外熱交換器は、前記圧縮機（２１）から吐出された冷媒が前記第１の水・冷媒熱交換器および前記室外熱交換器の少なくともいずれか一方に流入するように前記第１の水・冷媒熱交換器に対して並列に配置されており、
   前記暖房運転を実施するときに、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、
   さらに前記冷却水の温度が所定の温度未満であれば、前記ヒートポンプサイクルの冷媒を前記室外熱交換器に流入させるとともに前記送風機を作動させて前記室外熱交換器に前記外気を送風し、前記外気の熱を前記冷媒に吸熱させ、前記外気の熱を取り込んだ前記冷媒の熱を用いて前記空気を前記室内熱交換器で加熱し、
   前記冷却水の温度が所定の温度以上に上昇すると、前記冷却水を前記第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともに前記ヒートポンプサイクルの冷媒を前記第１の水・冷媒熱交換器に流入させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記第１の減圧装置で減圧された冷媒が内部を流通し、前記冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器（２５）と、前記室外熱交換器に前記外気を送風する送風機（２６）と、をさらに備え、
   前記暖房運転を実施するときに、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、前記ヒートポンプサイクルの冷媒を循環させ、さらに前記送風機を作動させて前記室外熱交換器に前記外気を送風するとともに、前記冷却水を前記第１の水・冷媒熱交換器に流通させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
5. 前記圧縮機は気体の冷媒が導入されるガスインジェクションポートを備えており、
   前記第１の水・冷媒熱交換器で前記冷却水と熱交換された冷媒を気液分離する気液分離器（２８）と、前記気液分離器で分離された液体の冷媒を前記ガスインジェクションポートに導入するガスインジェクション配管（３１）と、前記気液分離器で分離された液体の冷媒を減圧する第２の減圧装置（２９）と、前記第２の減圧装置で減圧された冷媒が内部を流通し前記冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器（２５）と、前記室外熱交換器に前記外気を送風する送風機（２６）と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
6. 前記エンジンからの排ガスの熱を熱交換媒体に回収する排気熱回収器（４０）と、前記排気熱回収器の前記熱交換媒体と前記ヒートポンプサイクルを循環する前記冷媒との間で熱交換を行う排気熱用熱交換器（４３）と、をさらに備え、
   前記暖房運転を実施するときに、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、前記ヒートポンプサイクルの冷媒を循環させて、前記第１の水・冷媒熱交換器で前記冷却水の熱を前記冷媒に吸熱し、さらに前記排気熱用熱交換器で前記排ガスの熱を前記冷媒に吸熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
7. 前記エンジンからの排ガスの熱を熱交換媒体に回収する排気熱回収器（４０）と、前記熱交換媒体と前記ヒートポンプサイクルを循環する前記冷媒との間で熱交換を行う排気熱用熱交換器（４３）と、をさらに備え、
   前記排気熱用熱交換器は、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記第１の水・冷媒熱交換器および前記排気熱用熱交換器の少なくともいずれか一方に流入するように前記第１の水・冷媒熱交換器に対して並列に配置されており、
   前記暖房運転を実施するときに、
   前記冷却水を前記室内熱交換器の内部に流通させることによって暖房能力が得られない場合には、
   さらに前記冷却水の温度が所定の温度未満であれば、前記ヒートポンプサイクルの冷媒を前記排気熱用熱交換器に流入させて前記排ガスの熱を前記冷媒に吸熱し、前記排ガスの熱を取り込んだ前記冷媒の熱を用いて前記空気を前記室内熱交換器で加熱し、
   前記冷却水の温度が所定の温度以上に上昇すると、前記冷却水を前記第１の水・冷媒熱交換器に流通させるとともに前記ヒートポンプサイクルの冷媒を前記第１の水・冷媒熱交換器に流入させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。

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