JP2014088060A - ヒートポンプ式車両用空調装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】追加部品点数を抑えつつ、低外気温度時においても安定した暖房運転を行うことを目的とする。
【解決手段】ヒートポンプ式車両用空調装置１は、電動圧縮機２０、車室内凝縮器９、第１膨張弁２２、車室外蒸発器２３とがこの順に冷媒配管を介して接続される通常暖房運転用の冷凍サイクル３０、クーラント循環回路４０、及び空調制御装置とを有する。クーラント循環回路４０には、ラジエータ４１と、ラジエータ４１に対してクーラント流れの上流側に設けられ、発熱体４６を冷却した後のクーラントを加熱する温水ヒータ４４とが設けられている。空調制御装置は、通常暖房運転用の冷凍サイクル３０において、既定の車室内凝縮器９の吹き出し目標温度と車室内凝縮器９の吹き出し温度との差が既定の第１閾値以上である場合、または、予め設定された圧縮機吐出目標圧力と圧縮機吐出圧力との差が既定の第２閾値以上である場合に、温水ヒータ４４を作動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の空調装置に適用されるヒートポンプ式車両用空調装置及びこれを備える車両に関するものである。

電気自動車（ＥＶ）では、暖房にエンジン排熱を利用することができない。また、ハイブリッド車（ＨＥＶ，ＰＨＥＶ等）では、省燃費化のため、極力エンジンを停止するようにしており、しかもエンジンに代わる走行用モータやインバータ、バッテリ等からの排熱を利用する場合でも、排熱量自体が少ないことから、排熱のみを熱源とした暖房システムは成立しない。
このような、電気自動車やハイブリッド車における暖房システムとして、クーラントを媒体とした電気ヒータを採用することが考えられる。しかしながら、バッテリ容量に対して暖房消費電力が大きいことから、車両の走行距離が著しく低下してしまうという問題が生ずる。

そこで、電気自動車やハイブリッド車に適用する車両用空調装置として、電動圧縮機を備えたヒートポンプ方式の車両用空調装置が検討されている。しかしながら、外気温が−２０℃以下となる低外気温度時には、Ｒ１３４ａのような低圧冷媒を用いたヒートポンプ運転を行うと、圧縮機吸入圧力が低下し、吸入密度も小さくなる。この結果、圧縮機回転数を増加させても必要とされる冷媒循環量の確保が難しく、暖房能力の低下を招くという問題が生ずる。

したがって、低外気温時のヒートポンプ暖房を安定的に継続運転するためには、外部的に熱を投入する必要がある。外部的に熱を投入する方法として、例えば、特許文献１には、ヒートポンプの冷媒と熱媒体であるブラインとを熱交換させるブライン熱交換器を設けた車両用空調装置が開示されている。
また、外部的に熱を投入する方法の他の例としては、空気ヒータを採用することが考えられる。

特開平１１−１９８６３８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように、温水ヒータを設ける場合には、温水（ブライン）から冷媒へ熱移動させるための水冷媒熱交換器が必要となる上に、温水（ブライン）が流通する温水用配管、温水を加熱または冷却させる装置、温水を循環させるためのポンプ等の追加部品が必要となり、部品点数が増加することによるコスト増大、装置の大型化が問題となる。
また、空気ヒータを用いる場合、高電圧ケーブルを車室内に引き込む必要があることから好ましくなく、更に、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内における収容スペース、ＨＶＡＣの通風抵抗増加などの問題がある。

また、車両の販売形態として、標準地使用、寒冷地仕様とカタログ等で設定される場合が多いが、標準地仕様と寒冷地仕様との間で、部品の共通化が図られることが望ましい。しかしながら、特許文献１に開示された車両用空調装置では、寒冷地仕様においては、標準地仕様に対して、温水ヒータ及びそれに付随するもろもろの部品を追加することとなる。したがって、部品の共通化の観点からも好ましいとはいえなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、追加部品点数を抑えつつ、低外気温度時においても安定した暖房運転を行うことのできるヒートポンプ式車両用空調装置及びそれを備える車両を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内凝縮器と、第１膨張弁と、車室外蒸発器とがこの順に冷媒配管を介して接続される通常暖房運転用の冷凍サイクルと、車載の発熱体を冷却するためのクーラントが循環するクーラント循環回路と、空調制御手段とを備え、前記クーラント循環回路は、前記車室外蒸発器の近傍に設けられ、前記クーラントを冷却する空気熱交換器と、前記空気熱交換器に対してクーラント流れの上流側に設けられ、前記発熱体を冷却した後のクーラントを加熱する加熱手段とを備えるヒートポンプ式車両用空調装置である。

上記態様によれば、クーラント循環回路に、車載の発熱体を冷却した後のクーラントを加熱する加熱手段を設けたので、加熱手段を作動させることにより、空気熱交換器から放出させる熱量を増加させることが可能となる。これにより、空気熱交換器の近傍に設置されている車室外蒸発器における吸熱量を増加させることができ、圧縮機の吸入圧力低下を抑制することが可能となる。従って、例えば、−２０℃を超える低外気温時においても十分な冷媒循環量を確保することが可能となり、暖房能力の低下を回避することが可能となる。
また、一般的に、電気自動車やハイブリッド車は、走行モータ、インバータ等の発熱体を冷却するためのクーラント循環回路を搭載しているので、上記態様によれば、この既存のクーラント循環回路に加熱手段を設けるだけで足りる。従って、追加部品点数を抑えることができ、標準地仕様と寒冷地仕様の部品の共通化を図ることが可能となる。
更に、本態様によれば、加熱された空気を介して車室外蒸発器に熱を与えるので、冷媒を使用した熱交換に比べて構成を簡素化することが可能となる。

上記ヒートポンプ式車両用空調装置において、前記空調制御手段は、前記通常暖房運転用の冷凍サイクルにおいて、予め設定された車室内凝縮器の吹き出し目標温度と車室内凝縮器の吹き出し温度との差が既定の第１閾値以上である場合、または、予め設定された圧縮機吐出目標圧力と圧縮機吐出圧力との差が既定の第２閾値以上である場合に、前記加熱手段を作動させることとしてもよい。

このように、冷媒が車室外蒸発器を循環する通常暖房運転用の冷凍サイクルの状態である場合において、予め設定された車室内凝縮器の吹き出し目標温度と車室内凝縮器の吹き出し温度との差が既定の第１閾値以上である場合、または、予め設定された圧縮機吐出目標圧力と圧縮機吐出圧力との差が既定の第２閾値以上である場合に、加熱手段を作動させる。これにより、暖房運転能力が低下してきた場合に限って加熱手段を作動させることができ、加熱手段の消費電力を抑制することができる。

上記ヒートポンプ式車両用空調装置において、前記空調制御手段は、前記通常暖房運転用の冷凍サイクルにおいて、車室外蒸発器の冷媒温度と外気温度との差が既定の第３閾値以上である場合に、前記加熱手段を作動させることとしてもよい。

このように、冷媒が車室外蒸発器を循環する通常暖房運転用の冷凍サイクルの状態である場合において、車室外蒸発器の冷媒温度と外気温度との差が既定の第３閾値以上となった場合には、着霜の可能性が高いと判定して、加熱手段を作動させる。これにより、空気熱交換器から放出される熱量が増加し、この熱量によって除霜効果を得ることができる。

本発明の第２態様は、上記いずれかのヒートポンプ式車両用空調装置を備える車両である。

本発明によれば、追加部品点数を抑えることができ、かつ、安定した暖房運転を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態にかかるヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図である。 図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の通常暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の除湿暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の冷房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置を制御する空調制御装置の入出力情報について説明するための図である。 図５に示す空調制御装置による運転制御フロー図である。 図５に示す空調制御装置による暖房運転時の制御フロー図である。 図５に示す空調制御装置による暖房運転時の制御フロー図である。 図５に示す空調制御装置による冷房運転時の制御フロー図である。

以下、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置及びそれを備える車両ついて、図を用いて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図が示されている。本実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット２と、冷暖房可能なヒートポンプサイクル３と、クーラント循環回路４０とを備えている。

ＨＶＡＣユニット２は、内外気切替えダンパ４を介して車内からの内気または外気のいずれかを切替え導入し、下流側に圧送するブロア５と、ブロア５に連なる空気流路６中に上流側から下流側にかけて順次配設されている車室内蒸発器８と、車室内凝縮器９とを備えている。このＨＶＡＣユニット２は、車内前方のインストルメントパネル内に設置され、車室内蒸発器８および車室内凝縮器９により温調された空気を、車内に向けて開口されているデフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２、フット吹出し口１３等の複数の吹出し口のいずれかから、吹出しモード切替えダンパ１４，１５，１６により切替えられる吹出しモードに従って車内に吹出し、車内を設定温度に空調するものである。
また、ＨＶＡＣユニット２には、車室内蒸発器空気温度センサ５７、車室内凝縮器吹き出し温度センサ６０が設けられている。

冷暖房可能なヒートポンプサイクル３は、冷媒を圧縮する電動圧縮機２０と、車室内凝縮器９と、レシーバ２１と、第１電磁弁２５と、第１膨張弁２２と、車室外蒸発器２３と、逆止弁２４とがこの順に冷媒配管を介して接続される通常暖房運転用の冷凍サイクル３０を備えている。ここで、第１膨張弁２２には、温度式自動膨張弁が採用されている。
通常暖房運転用の冷凍サイクル３０において、電動圧縮機２０の吐出配管Ｌ１には、三方切替弁２８が設けられている。この三方切替弁２８は、例えば、２個の電磁弁を組み合わせた構成により代替することが可能である。
三方切替弁２８を介して、電動圧縮機２０と車室内凝縮器９とが接続されている。三方切替弁２８と車室内凝縮器９とを接続する冷媒配管Ｌ２には、電動圧縮機２０の吐出圧力を計測する高圧センサ５９が設置されている。

また、三方切替弁２８を介して、吐出配管Ｌ１は冷媒配管Ｌ３に接続されている。吐出配管Ｌ１及び冷媒配管Ｌ３を通じて、電動圧縮機２０の吐出冷媒が車室外凝縮器２９に導入される。車室外凝縮器２９は、冷媒配管を介してレシーバ２１に接続している。
通常暖房運転用の冷凍サイクル３０において、レシーバ２１と第１電磁弁２５とを接続する冷媒配管Ｌ４は、冷媒配管Ｌ５が接続されている。冷媒配管Ｌ４及びＬ５を通じて、レシーバ２１と車室内蒸発器８とが接続される。冷媒配管Ｌ５には、第２電磁弁２６及び第２膨張弁２７が設けられている。第２膨張弁２７には、上記第１膨張弁２２と同様に、温度式自動膨張弁が採用されている。
通常暖房運転用の冷凍サイクル３０において、車室外蒸発器２３と逆止弁２４とを接続する冷媒配管Ｌ６には、車室内蒸発器８と接続する冷媒配管Ｌ７が接続されている。

上記ヒートポンプサイクル３において、三方切替弁２８によって電動圧縮機２０の吐出配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ３とが接続され、かつ、第１電磁弁２５が全閉状態、第２電磁弁２６が全開状態に制御されることにより、冷房運転用の冷凍サイクル３１が構成される。冷房運転用の冷凍サイクル３１は、電動圧縮機２０と、車室外凝縮器２９と、レシーバ２１と、第２電磁弁２６と、第２膨張弁２７と、車室内蒸発器８と、逆止弁２４とがこの順に冷媒配管を介して接続される。なお、この冷房運転用の冷凍サイクル３１は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調装置と同様のものである。

上記ヒートポンプサイクル３において、車室外蒸発器２３は、車室外凝縮器２９に対して、外気を通風する車室外ファン３６の通風路中の下流側に、車室外凝縮器２９と互いに平行に設置され、車室外ファン３６を共用化している。更に、車室外凝縮器２９と車室外蒸発器２３との間には、ラジエータ（空気熱交換器）４１が設置されている。換言すると、車室外蒸発器２３の近傍であって、車室外蒸発器２３よりも空気流れ上流側には、ラジエータ４１が設置されている。更に、車室外蒸発器２３には、車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８が設置されている。

ラジエータ４１は、走行用モータ、インバータ、バッテリ等の車載の発熱体４６を冷却するクーラント（例えば、冷却水）が循環するクーラント循環回路４０上に設置されている。クーラント循環回路４０には、クーラントを循環させる冷却水ポンプ４２、リザーバタンク４３が設けられている。更に、クーラント循環回路４０には、走行用モータ等の発熱体４６を冷却した後の冷却水をラジエータ４１のクーラント流れ上流側で加熱するための温水ヒータ（加熱手段）４４が設けられている。

次に、上記ヒートポンプ式車両用空調装置１の運転時の冷媒流れを、図２ないし図４を用いて説明する。なお、各図において、運転時の冷媒流れ経路が太線で表されている。

［通常暖房運転］
通常暖房運転時には、三方切替弁２８により、吐出配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ２とが接続され、第１電磁弁２５が全開状態に、第２電磁弁２６が全閉状態に制御される。これにより、図２に示されるように、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒は、吐出配管Ｌ１より三方切替弁２８を経由して車室内凝縮器９に導入され、ここで、ブロア５から送風されてくる内気または内外気の混合気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２およびフット吹出し口１３のいずれかから車内に吹出され、車内の暖房に供されることになる。
車室内凝縮器９で放熱して凝縮液化された冷媒は、レシーバ２１内に導入される。ここで、いったん貯留された冷媒は、第１電磁弁２５を経由して第１膨張弁２２に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車室外蒸発器２３に供給される。

一方、クーラント循環回路４０においては、ラジエータ４１において冷却されたクーラントが冷却水ポンプ４２によって走行モータ、インバータ等の発熱体４６に送られ、これらの熱を除去することで加熱される。加熱されたクーラントはリザーバタンク４３、温水ヒータ４４を介してラジエータ４１に送られ、ここで外気と熱交換されて冷やされる。
また、ラジエータ４１において、クーラントと熱交換されることによって暖められた外気は、車室外ファン３６により通風され、車室外蒸発器２３において熱源として用いられる。ここで、クーラント循環回路４０において、温水ヒータ４４のオンオフは、後述する空調制御装置５０によって制御される。基本的には、外気温が低く、車室外蒸発器２３における熱量が不足する場合に、温水ヒータ４４をオンさせることにより、ラジエータ４１に送られるクーラント温度を上昇させる。これにより、ラジエータ４１からの放熱量を増加させることができ、車室外蒸発器２３に対してより一層多くの熱源を供給することが可能となる。

車室外蒸発器２３において、ラジエータ４１から放出された熱源と熱交換されることにより蒸発ガス化された冷媒は、逆止弁２４を経て電動圧縮機２０に吸入され、再圧縮され、以降、同様のサイクルを繰り返す。

［除湿暖房運転］
除湿暖房運転は、内気導入モードがユーザによって選択された場合に行われる。
除湿暖房運転では、三方切替弁２８により、吐出配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ２とが接続され、第１電磁弁２５が全閉状態に、第２電磁弁２６が全開状態に制御される。これにより、図３に示されるように、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒は、通常暖房運転時と同様、車室内凝縮器９に導入され、ここで、ブロア５から送風されてくる内気または内外気の混合気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２およびフット吹出し口１３のいずれかから車内に吹出され、車内の暖房に供されることになる。

車室内凝縮器９で放熱して凝縮液化された冷媒は、レシーバ２１内に導入される。ここで、いったん貯留された冷媒は、第２電磁弁２６を経て、第２膨張弁２７に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車室内蒸発器８に供給される。
車室内蒸発器８において、ブロア５から送風されてくる内気と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、逆止弁２４を経て電動圧縮機２０に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返すことになる。
このように、除湿暖房運転では、車室外蒸発器２３に代えて車室内蒸発器８を蒸発器として用いるため、窓曇りの心配がない。

［冷房運転］
冷房運転時には、三方切替弁２８により、吐出配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ３とが接続され、第１電磁弁２５が全閉状態に、第２電磁弁２６が全開状態に制御される。これにより、図４に示されるように、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒は、車室外凝縮器２９に導入され、車室外ファン３６を介して通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。該液冷媒は、レシーバ２１内に導入され、いったん貯留された後、第２電磁弁２６を経て第２膨張弁２７に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、車室内蒸発器８に供給される。車室内蒸発器８において、冷媒は、ブロア５から送風されてくる内気または内外気の混合気と熱交換されて蒸発ガス化され、逆止弁２４を経て電動圧縮機２０に吸入され、再圧縮される。以降、同様のサイクルを繰り返すことになる。
また、車室内蒸発器８において、冷媒との熱交換により冷却された内気または内外気の混合気は、吹出しモード切替えダンパ１４，１５，１６により切替えられる吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２、フット吹出し口１３のいずれかから車内に吹出され、車内の冷房に供されることになる。

以上の運転及びクーラント循環回路４０における温水ヒータ４４のオンオフ制御は、図５に示される空調制御装置５０により制御されるようになっている。この空調制御装置５０は、車両側の上位制御装置５１と接続され、車両側から関係情報が入力可能とされているとともに、コントロールパネル５２と接続されている。空調制御装置５０は、以下のセンサ群からの検出信号と、上位制御装置５１およびコントロールパネル５２からの入力情報とに基づいて、車両用空調装置１の運転制御を行う。

空調制御装置５０には、車両の適所に設置されている車室内温度センサ（Ｔｒ）５３、外気温度センサ（Ｔａｍｂ）５４、日射センサ（Ｔｓ）５５、車速センサ５６の他、車両用空調装置１側の車室内蒸発器８に設置されている車室内蒸発器空気温度センサ（ＦＳ）５７、車室外蒸発器２３に設置されている車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８、電動圧縮機２０から吐出される冷媒圧力を計測する高圧センサ（ＨＰ）５９、車室内凝縮器９に設置されている車室内凝縮器吹出し温度センサ（Ｔｃ）６０等からの検出信号が入力されるようになっている。

空調制御装置５０は、上記センサ群からの検出信号と、コントロールパネル５２および車両側の上位制御装置５１からの入力情報とに基づき、予め設定されているプログラムに従って所要の演算、処理等を行い、吹出しモード切替えダンパ１４，１５，１６用のアクチュエータ６１、内外気切替えダンパ４用のアクチュエータ６２、ブロア５用のモータ６３、車室外ファン３６用のモータ６４、電動圧縮機２０用のモータ６５、温水ヒータ４４用のオン／オフスイッチ６６、三方切替弁２８用の電磁コイル６７等を制御し、上記の如く車両用空調装置１を運転制御する機能を担うものである。

以下に、この空調制御装置５０による車両用空調装置１の運転制御を、図６乃至図９に示すフロー図を参照して説明する。
図６は、車両用空調装置１のメイン制御フロー図である。
制御が開始されると、ステップＳ１において、コントロールパネル５２の設定を読み込み、更にステップＳ２において、各種センサ群５３〜６０（図５参照）からの検出値を読み込む。これらの設定値および検出値に基づいて、ステップＳ３では、吹出し目標温度Ｔｔａｒ及び目標圧力ＨＰｃｏを算出し、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、除湿運転ありか否かを判定し、ＹＥＳであれば、ステップＳ５に移行して「暖房運転制御」に入り、ＮＯであれば、ステップＳ６に移行して「冷房運転制御」に入り、その後、ステップＳ７において、各センサの検出値を出力し、スタート点に戻る。

上記ステップＳ５において「暖房運転制御」では、図７および図８に示される暖房運転制御を実行する。暖房運転制御では、まずステップＳ１０において、三方切替弁２８の流路を決定し、吐出配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ２とを接続した暖房用の冷媒サイクルが設定される。

ステップＳ１１では、外気導入モードか否かを判定する。この結果、ＹＥＳであればステップＳ１４に、ＮＯであればステップＳ４０に移行する。

ステップＳ１４では、内気切替アクチュエータ６２を駆動することにより、内気導入モードとする。ステップＳ１５においては、除湿暖房運転の冷凍サイクルを構成すべく、第１電磁弁２５を全閉状態、第２電磁弁２６を全開状態に制御する。
続いて、ステップＳ１６において、温水ヒータ４４のスイッチをオフにすることにより、温水ヒータ４４によるクーラントの加熱を停止させる。

続く、ステップＳ１７において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ１８において、吹出しモード切替えダンパ１４，１５，１６の切替えによる吹出しモード、ステップＳ１９において、ブロア５の駆動電圧、ステップＳ２０において、車室外ファン３６の駆動電圧等をそれぞれ決定し、モータおよびアクチュエータ６１，６３−６６が駆動されることにより、車内温度が設定温度となるように暖房運転が実行される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続される。

次に、図７のステップＳ１１においてＹＥＳ（外気導入モードである）と判定した場合には、図８のステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０では、内気切替アクチュエータ６２を駆動することにより、外気導入モードとする。ステップＳ４１においては、通常暖房運転の冷凍サイクルを構成すべく、第１電磁弁２５を全開状態、第２電磁弁２６を全閉状態に制御する。

続いて、ステップＳ４２において、予め設定された車室内凝縮器の吹出し目標温度Ｔｔａｒ（図６のステップＳ３で算出）と、車室内凝縮器の吹き出し温度Ｔｃｏとの差分が既定の閾値（第１閾値）γ１以上であるか（Ｔｔａｒ−Ｔｃｏ≦γ１？）、または、予め設定された圧縮機吐出目標圧力ＨＰｔａｒ（図６のステップＳ３で算出）と圧縮機吐出圧力ＨＰｃｏとの差分が既定の閾値（第２閾値）γ２以上であるか否か（ＨＰｔａｒ−ＨＰｃｏ≦γ２？）、または、車室外蒸発器冷媒温度センサ５８の検出値Ｔ１と外気温度センサ５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、既定の閾値（第３閾値）γ３以上か否か（Ｔａｍｂ−Ｔ１≧γ３）を判定する。この結果、いずれかの条件を満たした場合には、ステップＳ４３に移行し、何れの条件もみたさなかった場合には、ステップＳ４４に移行する。

ステップＳ４３では、温水ヒータ４４のスイッチをオンにすることにより、温水ヒータ４４によるクーラントの加熱を開始させる。また、ステップＳ４４では、温水ヒータ４４のスイッチをオフにすることにより、温水ヒータ４４によるクーラントの加熱を停止させる。

このようにして、温水ヒータ４４の制御を行うと、ステップＳ４５において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ４６において、吹出しモード切替えダンパ１４，１５，１６の切替えによる吹出しモード、ステップＳ４７において、ブロア５の駆動電圧、ステップＳ４８において、車室外ファン３６の駆動電圧等をそれぞれ決定し、モータおよびアクチュエータ６１，６３−６６が駆動されることにより、車内温度が設定温度となるように暖房運転が実行される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続される。

一方、図６のステップＳ４において、ＮＯと判定された場合には、冷房運転制御が行われる。冷房運転制御では、図９に示すように、まず、ステップＳ５０において、三方切替弁２８の流路を決定し、吐出配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ３とを接続した冷房用の冷媒サイクルが設定される。続いて、ステップＳ５１において、冷房用の冷凍サイクルを構成するべく、第１電磁弁が全閉状態に、第２電磁弁が全開状態に制御される。続く、ステップＳ５２では、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ５３において、内外気切替えダンパ４の切替えによる吸込みモード、ステップＳ５４において、吹出しモード切替えダンパ１４，１５，１６の切替えによる吹出しモード、ステップＳ５５において、ブロア５の駆動電圧、ステップＳ５６において、車室外ファン３６の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチュエータ６１−６６が駆動されることにより、車内温度が設定温度となるように冷房運転が実行されるようになっている。その後、Ｓ１（ステップＳ７）に移行され、冷房運転が継続される。

以上、説明してきたように、本実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置１によれば、クーラント循環回路４０に、車載の走行モータ、インバータ等の発熱体４６を冷却した後のクーラントを加熱するための温水ヒータ４４を設けたので、温水ヒータ４４を作動させることにより、ラジエータ４１において熱交換される熱量を増加させることが可能となる。これにより、ラジエータ４１から車室外蒸発器２３に対して供給できる熱量を増加させることが可能となる。この結果、−２０℃を超える低外気温時においても十分な冷媒循環量を確保することが可能となり、暖房能力の低下を回避することが可能となる。また、通常、電気自動車やハイブリッド車は、インバータや走行モータ等の発熱体を冷却するためのクーラント循環回路４０を有しているので、クーラントを循環させるための冷却水ポンプ４２や、クーラント配管、ラジエータ４１等については既存の構成を流用することができる。従って、追加部品を温水ヒータ４４のみとすることができ、追加部品点数を抑えることができるとともに、標準地仕様と寒冷地仕様の部品の共通化を図ることが可能となる。

また、外気導入モードの暖房運転であって、かつ、予め設定された車室内凝縮器の吹き出し目標温度と車室内凝縮器の吹き出し温度との差が既定の閾値γ１以上である場合、または、予め設定された圧縮機吐出目標圧力と圧縮機吐出圧力との差が既定の閾値γ２以上である場合に、温水ヒータ４４を作動させるので、暖房運転能力が低下している場合に限って温水ヒータ４４を作動させることができる。この結果、温水ヒータ４４の消費電力を低減することができる。
また、外気導入モードの暖房運転であって、かつ、車室外蒸発器冷媒温度センサ５８の検出値Ｔ１と外気温度センサ５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、既定の第３閾値γ３以上である場合には、着霜の可能性が高いとして、温水ヒータ４４を作動させる。これにより、空気熱交換器から放出される熱量が増加し、この熱量によって除霜効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、本実施形態では、第１膨張弁２２および第２膨張弁２７の入口側に第１電磁弁２５および第２電磁弁２６を設けているが、これらの第１電磁弁２５と第１膨張弁２２および第２電磁弁２６と第２膨張弁２７は、各々を一体化した電磁開閉弁付き温度式自動膨張弁としてもよい。

１ ヒートポンプ式車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
３ ヒートポンプサイクル
８ 車室内蒸発器
９ 車室内凝縮器
２０ 電動圧縮機
２１ レシーバ
２２ 第１膨張弁
２３ 車室外蒸発器
２７ 第２膨張弁
２８ 三方切替弁
２９ 車室外凝縮器
３０ 通常暖房運転用の冷凍サイクル
３１ 冷房用の冷凍サイクル
３２ 除湿暖房用の冷凍サイクル
３６ 車室外ファン
４０ クーラント循環回路
４１ ラジエータ
４４ 温水ヒータ
５０ 空調制御装置

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内凝縮器と、第１膨張弁と、車室外蒸発器とがこの順に冷媒配管を介して接続される通常暖房運転用の冷凍サイクルと、
   車載の発熱体を冷却するためのクーラントが循環するクーラント循環回路と、
   空調制御手段と
   を備え、
   前記クーラント循環回路は、
   前記車室外蒸発器の近傍に設けられ、前記クーラントを冷却する空気熱交換器と、
   前記空気熱交換器に対してクーラント流れの上流側に設けられ、前記発熱体を冷却した後のクーラントを加熱する加熱手段と
   を備えるヒートポンプ式車両用空調装置。
2. 前記空調制御手段は、前記通常暖房運転用の冷凍サイクルにおいて、予め設定された車室内凝縮器の吹き出し目標温度と車室内凝縮器の吹き出し温度との差が既定の第１閾値以上である場合、または、予め設定された圧縮機吐出目標圧力と圧縮機吐出圧力との差が既定の第２閾値以上である場合に、前記加熱手段を作動させる請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
3. 前記空調制御手段は、前記通常暖房運転用の冷凍サイクルにおいて、車室外蒸発器の冷媒温度と外気温度との差が既定の第３閾値以上である場合に、前記加熱手段を作動させる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置を備える車両。

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