ヒートポンプ式車両用空調装置
【課題】ガソリン車用空調装置の冷房サイクル、ＨＶＡＣを共用し、最小限の暖房用回路と機器を追加するだけで、低コストで搭載性に優れ、着霜時の課題をも解消できる、ＥＶやＨＥＶ車等に好適なヒートポンプ式車両用空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】車内蒸発器９およびヒータコア１０を備えたＨＶＡＣユニット２と、ヒータコア１０を含むクーラント循環回路５と、車内蒸発器９を含む冷房用の冷凍サイクル２７と、冷房用冷凍サイクル２７に対して、冷媒／クーラント熱交換器２８、第１暖房用回路３０、第２膨張弁３２および車外蒸発器３３を備えた第２暖房用回路３５を追設し、冷房用冷凍サイクル２７と圧力条件が同一の回路および機器等を共用化した暖房用のヒートポンプサイクル３６とを備え、暖房時、車外蒸発器３３に着霜したとき、車内蒸発器９側に冷媒を流通させた除湿暖房に切替え可能とされているヒートポンプ式車両用空調装置１。
【解決手段】車内蒸発器９およびヒータコア１０を備えたＨＶＡＣユニット２と、ヒータコア１０を含むクーラント循環回路５と、車内蒸発器９を含む冷房用の冷凍サイクル２７と、冷房用冷凍サイクル２７に対して、冷媒／クーラント熱交換器２８、第１暖房用回路３０、第２膨張弁３２および車外蒸発器３３を備えた第２暖房用回路３５を追設し、冷房用冷凍サイクル２７と圧力条件が同一の回路および機器等を共用化した暖房用のヒートポンプサイクル３６とを備え、暖房時、車外蒸発器３３に着霜したとき、車内蒸発器９側に冷媒を流通させた除湿暖房に切替え可能とされているヒートポンプ式車両用空調装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の次世代車の空調装置に好適なヒートポンプ式車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、省燃費化のために、極力エンジンを停止するように制御されることから、ヒートポンプによる暖房あるいは電気ヒータによる暖房が検討されている。しかし、これらの暖房で消費される電力は非常に大きく、このため、高ＣＯＰ（成績係数）暖房が可能なヒートポンプ方式の方が、電気ヒータ方式（ＣＯＰ≦１）よりも望ましいが、様々な排熱を利用できる高ＣＯＰヒートポンプ暖房システムを構築しようとすると部品点数の増加やコストアップを招く等の問題があった。
【０００３】
一方、現状は、ガソリン車からＥＶ車やＨＥＶ，ＰＨＥＶ車等の次世代車に移行する過渡期にあることから、膨大な開発費を抑制するため、ガソリン車用空調装置を改良して適用する試みがなされている。通常、ガソリン車の場合、ＨＶＡＣユニット内にヒータコアを設け、エンジン冷却用のクーラントを循環させ、エンジンの排熱で暖房するシステムが用いられているが、ヒートポンプ方式では、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内に車内凝縮器（サブコンデンサ）を設けるシステムが一般的であり、構成に大きな違いがある。
【０００４】
特に、一般的なヒートポンプシステムの場合、暖房時、冷媒回路を切替えて凝縮器を蒸発器、蒸発器を凝縮器として機能させることになるため、冷媒回路を構成する配管類や蒸発器、凝縮器等の熱交換器を冷房運転および暖房運転の異なる圧力条件下で共用できる構成としなければならず、現行のガソリン車に適用されている車両用空調装置を大幅に変更する必要がある。また、低外気温時、車外側の蒸発器が着霜した場合、如何に除霜するかも大きな課題となる。更に、既存のＨＶＡＣユニットの流用も検討されているが、ヒータコアを有するＨＶＡＣユニット内に車内凝縮器（サブコンデンサ）を設けることは、パッケージング上からも温調制御上からも困難である。
【０００５】
かかる状況下、ＨＶＡＣユニット内に設けられる車内蒸発器に、現行システムの蒸発器を用いながらヒートポンプ暖房を可能とした車両用空調装置の一例として、特許文献１に示されたものが提案されている。これは、現行の冷房用の冷凍サイクルを備えた車両用空調装置のＨＶＡＣユニットの車内蒸発器下流側に車内凝縮器を設置したものであり、該車内凝縮器を圧縮機の吐出回路に接続し、その出口側に第１電子膨張弁と第１電磁弁を備えたバイパス回路との並列回路を接続するとともに、第２電子膨張弁および車内蒸発器に対して第２電磁弁を備えたバイパス回路を接続した構成とされている。
【０００６】
また、特許文献２には、車内蒸発器およびヒータコアを設けたＨＶＡＣユニットをそのままとし、冷房用サイクルの圧縮機吐出配管に、水／冷媒熱交換器および膨張弁と、開閉弁を備えたバイパス回路との並列回路を設けたものが示されている。これは、水／冷媒熱交換器でエンジンの冷却水を加熱可能とし、暖房時や除湿暖房時、水／冷媒熱交換器側に冷媒を流通させ、ここで冷却水を加熱し、車外凝縮器を蒸発器として機能させて吸熱することにより、暖房性能の向上を図ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１１２２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−４２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されるものは、暖房時、車外側の蒸発器が着霜した場合でも、車外側ファンを停止した状態で空調装置を運転し、圧縮機の仕事量に見合った熱量を車内凝縮器および車外蒸発器で放熱することにより、暖房感を得ながら車外蒸発器の除霜を行えるようにしたものである。しかしながら、上記の構成では、車外凝縮器およびそれに接続される冷媒配管系を、凝縮機能と蒸発機能を兼ね備えた熱交換器および高低圧共用の配管系とする必要があり、現行のガソリン車用のシステムの冷媒回路およびＨＶＡＣユニットを大幅に変更せざるを得ず、車外凝縮器や冷媒配管系を共用化して低コストで簡素な構成のヒートポンプ式車両用空調装置を製造することは困難であった。
【０００９】
また、特許文献２に示されるものでは、暖房モード時、水／冷媒熱交換器で冷却水を加熱し、暖房性能を高めることができる。しかしながら、ヒートポンプ暖房運転時に車外蒸発器に着霜した場合、その機能が中断されてしまう等の問題があるとともに、車外蒸発器の霜をデフロストする方式について、解決策を提示するものではない。また、かかる構成では、最大冷房運転時、吹出し温度の変更指令が出された場合、圧縮機からのホットガスを水／冷媒熱交換器側に切替え、そこで加熱された水をヒータコアに循環させて温調する必要があり、応答遅れによって温調性能の低下が懸念される等の問題があった。
【００１０】
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、現行のガソリン車用空調装置の冷房サイクルおよびＨＶＡＣユニットを共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでかつ搭載性に優れ、しかも車外蒸発器への着霜時の課題をも解消できる、電気自動車やハイブリッド車等に好適なヒートポンプ式車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式車両用空調装置は、車内蒸発器およびヒータコアを備え、前記車内蒸発器および前記ヒータコアにより温調された空気をその下流側に設けられている複数の吹出し口のいずれかから車内に吹出して車室内を空調するＨＶＡＣユニットと、前記ヒータコアに対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器を冷却するクーラントを循環可能なクーラント循環回路と、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、前記車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、前記電動圧縮機の吐出配管に設けられ、ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路内を循環する前記クーラントとを熱交換する冷媒／クーラント熱交換器と、前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、前記電動圧縮機、前記冷媒／クーラント熱交換器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路により暖房用のヒートポンプサイクルが構成され、前記冷媒／クーラント熱交換器で加熱された前記クーラントを前記ヒータコアに循環可能とし、前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、該車内蒸発器を利用した除湿暖房に切替え可能とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ＨＶＡＣユニットのヒータコアに対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器を冷却するクーラントを循環可能なクーラント循環回路を接続するとともに、車内蒸発器に対して、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁等から構成される冷房用の冷凍サイクルを接続した構成としているため、ＨＶＡＣユニットをガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置のＨＶＡＣユニットと略同一構成とすることができる。さらに、冷房用の冷凍サイクルに対して、冷媒／クーラント熱交換器、第１暖房用回路、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路を追設し、電動圧縮機、冷媒／クーラント熱交換器、切替え手段、第１暖房用回路、レシーバ、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路により暖房用のヒートポンプサイクルを構成しているため、原形となる冷房用の冷凍サイクルに冷媒／クーラント熱交換器、第１暖房用回路、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路と機器を接続することにより、圧力条件が同一となる冷媒回路および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクルを構成することができる。従って、冷暖房双方の運転に耐え得る圧力仕様の冷媒回路およびＨＶＡＣユニットを新たに開発することなく、現行のガソリン車に適用されている車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる冷媒回路や機器類を共用化して、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。また、低外気温時、車外蒸発器に着霜しても、第２暖房用回路への冷媒流れを遮断して車内蒸発器側に冷媒を流し、該車内蒸発器を利用した除湿暖房に切替え可能な構成としているため、車外蒸発器に対する着霜したとしても、そのまま効率のよいヒートポンプ暖房運転を継続することができる。従って、暖房運転中に除霜運転に切替えることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消することができる。
【００１３】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上記のヒートポンプ式車両用空調装置において、前記冷媒／クーラント熱交換器は、前記電動圧縮機から吐出される前記ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路を循環する前記クーラントとが常時熱交換可能な構成とされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、冷媒／クーラント熱交換器が、電動圧縮機から吐出されるホットガス冷媒とクーラント循環回路を循環するクーラントとが常時熱交換可能な構成とされているため、暖房運転中だけでなく、冷房運転中や除湿運転中でも常にヒータコアに高温のクーラントを循環させながら運転することができる。従って、最大冷房運転時に、コントローラ側から急に吹出し温度変更指令が出された場合でも、温調ダンパで温調制御することにより瞬時に目標の吹出し温度に制御することが可能であり、温調制御の応答性を確保することができる。
【００１５】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記車外蒸発器は、前記車外凝縮器用車外ファンの通風路中の前記車外凝縮器および／または前記クーラント循環回路に接続されている放熱用のラジエータの下流側に配設されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、車外蒸発器が、車外凝縮器用車外ファンの通風路中の車外凝縮器および／またはクーラント循環回路に接続されている放熱用のラジエータの下流側に配設されているため、冬期の降雪時や積雪時等にも、車外蒸発器に対する雪の付着や堆積等を車外凝縮器および／または放熱用ラジエータによってブロックし、低減することができる。従って、雪の付着や堆積による車外蒸発器の凍結を防止することができるとともに、車外蒸発器による熱交換性能を確保し、暖房性能を向上することができる。また、ラジエータから放熱がある場合には、その熱を車外蒸発器で吸熱することにより、暖房能力の一層の向上を図ることができる。
【００１７】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上記のヒートポンプ式車両用空調装置において、前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、前記車外蒸発器を外気により自然除霜し、外気温度が所定値以下の場合、前記ラジエータに前記クーラント循環回路を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱により前記車外蒸発器を除霜可能な構成としていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して車内蒸発器側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、車外蒸発器を外気により自然除霜し、外気温度が所定値以下の場合、ラジエータにクーラント循環回路を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱により車外蒸発器を除霜可能な構成としているため、低外気温下の暖房運転時において、車外蒸発器に対して着霜が検知された場合、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器の排熱を利用してクーラントの温度を上昇させ、暖房性能を高めることができるとともに、ラジエータからその一部を放熱させ、加熱された温風を利用して車外蒸発器を効率よく効果的に除霜することができる。従って、車両駆動用機器の排熱を有効に利用して暖房および除霜を行うことができ、省動力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、ＨＶＡＣユニットをガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置のＨＶＡＣユニットと略同一構成とすることができるとともに、原形となる冷房用の冷凍サイクルに冷媒／クーラント熱交換器、第１暖房用回路、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路と機器を接続することにより、圧力条件が同一となる冷媒回路および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクルを構成することができるため、冷暖房双方の運転に耐え得る圧力仕様の冷媒回路やＨＶＡＣユニットを新たに開発することなく、現行のガソリン車に適用されている車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる冷媒回路や機器類を共用化して、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。また、車外蒸発器に対する着霜したとしても、そのまま効率のよいヒートポンプ暖房運転を継続することができるため、暖房運転中に除霜運転に切替えることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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２】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の冷房時および除湿暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図３】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置のエンジン排熱暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図４】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置のヒートポンプ暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図５】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の車外蒸発器に着霜時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図６】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置を制御する制御装置のブロック図である。
【図７】図６に示す制御装置による運転制御フロー図である。
【図８】図６に示す制御装置による冷房運転制御時の制御フロー図である。
【図９】図６に示す制御装置による暖房運転制御時の制御フロー図の一部分図である。
【図１０】図６に示す制御装置による暖房運転制御時の制御フロー図の他の一部分図である。
【図１１】図６に示す制御装置による暖房運転制御時の制御フロー図の他の一部分図である。
【図１２】図６に示す制御装置による除霜運転制御時の制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図１２を参照して説明する。
図１には、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が示されている。
本実施形態にかかるヒートポンプ式車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、冷暖房可能なヒートポンプサイクル３と、ＨＶＡＣユニット２のヒータコア１０に対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４を冷却するクーラントを循環可能としたクーラント循環回路５とを備えている。
【００２２】
ＨＶＡＣユニット２は、内外気切替えダンパ６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７と、ブロア７に連なる空気流路８中に上流側から下流側にかけて順次配設されている車内蒸発器９と、ヒータコア１０と、温調ダンパ１１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、車内蒸発器９およびヒータコア１０により温調された空気を、車内に向け開口されているデフ吹出し口１２、フェイス吹出し口１３、フット吹出し口１４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１５，１６，１７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、車室内を設定温度に空調するものである。
【００２３】
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、車外凝縮器２１と、レシーバ２２と、第１電磁弁２３および第１膨張弁２４と、ＨＶＡＣユニット２内に設けられている上記車内蒸発器９と、逆止弁２５とがこの順に冷媒配管２６を介して接続されている閉サイクルの冷房用の冷凍サイクル（冷媒回路）２７を備えている。この冷房用の冷凍サイクル２７は、ガソリン車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よい。
【００２４】
上記ヒートポンプサイクル３には、原形となる上記冷房用冷凍サイクル２７に対して、電動圧縮機２０からの吐出配管（吐出回路）２６Ａに、クーラント循環回路５内を循環するクーラントと、電動圧縮機２０から吐出されるホットガス冷媒とを熱交換する冷媒／クーラント熱交換器２８が設けられている。また、車外凝縮器２１の入口側冷媒配管２６Ｂに、三方切替え弁（切替え手段）２９が設けられ、この三方切替え弁２９を介して冷媒／クーラント熱交換器２８で凝縮された冷媒をレシーバ２２に導く第１暖房用回路３０が接続されている。更に、レシーバ２２の出口冷媒配管２６Ｄと、電動圧縮機２０への吸入配管２６Ｅとの間には、第２電磁弁３１、第２膨張弁３２、車外蒸発器３３および逆止弁３４が順次配設されている第２暖房用回路３５が接続されている。
【００２５】
これによって、電動圧縮機２０と、冷媒／クーラント熱交換器２８と、三方切替え弁２９と、第１暖房用回路３０と、レシーバ２２と、第２電磁弁３１、第２膨張弁３２、車外蒸発器３３および逆止弁３４が設けられている第２暖房用回路３５とがこの順に冷媒配管２６を介して接続されている閉サイクルの暖房用ヒートポンプサイクル（冷媒回路）３６が構成されている。なお、三方切替え弁２９は、２個の電磁弁を組み合わせた構成により代替してもよい。
【００２６】
上記ヒートポンプサイクル３において、暖房用ヒートポンプサイクル３６を構成する車外蒸発器３３は、冷房用冷凍サイクル２７を構成する車外凝縮器２１に対して外気を通風する車外ファン３７の通風路中の下流側に、車外凝縮器２１と互いに平行に設置され、車外ファン３７を共用化している。また、車外凝縮器２１の下流側には、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４を冷却したクーラントの熱を放熱するラジエータ４０が設置され、車外蒸発器３３は、このラジエータ４０の下流側に設置されている。なお、ラジエータ４０は、エンジン冷却用、モータおよびインバータ冷却用に独立して複数設けてもよい。
【００２７】
また、本実施形態のレシーバ２２は、図１に示されるように、車外凝縮器２１からの冷媒配管２６Ｃおよび第１暖房用回路３０が接続される２つの冷媒流入口にそれぞれ逆止弁３８，３９が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバ２２とされている。
【００２８】
さらに、クーラント循環回路５は、車両駆動用機器（エンジン、モータおよびインバータ等）４を冷却して温度上昇したクーラントを、冷媒／クーラント熱交換器２８およびヒータコア１０側と、ラジエータ４０側とに平行に循環可能な構成とされている。このクーラント循環回路５には、クーラントポンプ４１および三方制御弁４２が設けられ、クーラントの温度に応じて、冷媒／クーラント熱交換器２８およびヒータコア１０側と、ラジエータ４０側とに流すクーラントの流量が自動調整可能とされている。
【００２９】
なお、本実施形態では、第１膨張弁２４および第２膨張弁３２として、温度式自動膨張弁が使用されており、それぞれの入口側に冷媒回路を開閉する第１電磁弁２３および第２電磁弁３１を設けた構成としている。しかし、この第１電磁弁２３と第１膨張弁２４および第２電磁弁３１と第２膨張弁３２については、それぞれ開閉弁の機能を兼ね備えた電子膨張弁を１個ずつ設置した構成に代替してもよい。
【００３０】
次に、上記ヒートポンプ式車両用空調装置１の運転時の冷媒およびクーラントの流れを図２ないし図５を用いて説明する。なお、各図において、運転時の冷媒およびクーラントの流れ経路が太線で表されている。
［冷房および除湿暖房］
冷房および除湿暖房運転時、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒は、図２に示されるように、吐出配管２６Ａより冷媒／クーラント熱交換器２８、三方切替え弁２９を経由して車外凝縮器２１に循環され、車外ファン３７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。この液冷媒は、冷媒配管２６Ｃ、逆止弁３８を経由してレシーバ２２内に導入され、いったん貯留された後、冷媒配管２６Ｄ、第１電磁弁２３を経て第１膨張弁２４に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器９に供給される。
【００３１】
車内蒸発器９でブロア７から送風されてくる内気または外気（除湿暖房時は内気）と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、逆止弁２５を経由して吸入配管２６Ｅより電動圧縮機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。この冷房サイクル２７は、ガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと同様のものであり、そのまま共用化することができる。車内蒸発器９で冷媒との熱交換されることにより冷却された内気または外気は、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７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１２、フェイス吹出し口１３、フット吹出し口１４のいずれかから車内に吹出され、車室内の冷房に供される。
【００３２】
なお、最大冷房（ＭＡＸ ＣＯＯＬ）時、ヒータコア１０への通風は、温調ダンパ１１で遮断され、車内蒸発器９で冷却された冷風がそのまま車内へと吹出される。また、冷房サイクル２７で運転しながら、ヒータコア１０の入口に設けられている温調ダンパ１１を開き、車内蒸発器９で冷却された冷風の一部をヒータコア１０に通風して再熱することにより、温調制御を行うことができる。
【００３３】
一方、除湿暖房時には、車内蒸発器９で冷却された冷風をヒータコア１０で加熱することにより除湿された温風とし、これを吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７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１２、フェイス吹出し口１３、フット吹出し口１４のいずれかから車内に吹出し、車室内の除湿暖房に供することができる。この除湿暖房運転時、クーラント循環回路５のクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１が運転されており、車両駆動用機器４を冷却して昇温されたクーラントは、冷媒／クーラント熱交換器２８でホットガス冷媒により更に加熱され、ヒータコア１０に循環されるようになっている。
【００３４】
［排熱暖房］
エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４側からの排熱が十分確保されている場合、図３に示されるように、ヒートポンプサイクル３側の運転を停止し、クーラント循環回路５のクーラントポンプ４１のみを運転することにより、排熱暖房運転を行うことができる。この場合、車両駆動用機器４を冷却して昇温されたクーラントは、クーラントポンプ４１により冷媒／クーラント熱交換器２８を経由してヒータコア１０に循環される。ヒータコア１０でブロア７からの外気または内気と熱交換され、温度降下したクーラントは、三方制御弁４２を介して車両駆動用機器４に戻る経路を循環し、外気または内気を加熱することによって暖房に供される。
【００３５】
［ヒートポンプ暖房（着霜前）］
ヒートポンプ暖房運転時、車外蒸発器３３に対して着霜する迄の間は、図４に示されるように、電動圧縮機２０で圧縮されたホットガス冷媒は、吐出配管２６Ａにより冷媒／クーラント熱交換器２８に導入され、ここで、クーラント循環回路５を循環するクーラントに放熱して凝縮される。この液冷媒は、三方切替え弁２９を介して第１暖房用回路３０に導かれ、逆止弁３９を経てレシーバ２２内に導入される。レシーバ２２でいったん貯留された冷媒は、冷媒配管２６Ｄを経て第２暖房用回路３５に導かれ、第２電磁弁３１を経て第２膨張弁３２を通過する過程で減圧されることにより気液二相状態となり、車外蒸発器３３に供給される。
【００３６】
車外蒸発器３３に供給された冷媒は、車外蒸発器３３で車外ファン３７により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱することで蒸発ガス化された後、逆止弁３４を経て吸入配管２６Ｅより電動圧縮機９に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返され、この暖房用ヒートポンプサイクル３５により、冷媒／クーラント熱交換器２８で加熱されたクーラントがクーラント循環回路５を介してヒータコア１０に循環され、該ヒータコア１０でブロア７から送風される外気または内気を加熱することによって、ヒートポンプ暖房運転が行われる。
【００３７】
このように、原形となる冷房用の冷凍サイクル２７の吐出配管（吐出回路）２６Ａに冷媒／クーラント熱交換器２８、車外凝縮器２１の入口側に設けられた三方切替え弁２９とレシーバ２２との間に第１暖房用回路３０、更にレシーバ２２の出口側と電動圧縮機２０の吸入側との間に第１電磁弁３１、第２膨張弁３２および車外蒸発器３３が設けられている第２暖房用回路３５等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクル３６を構成することができる。
【００３８】
［ヒートポンプ暖房（着霜後）］
上記のように、車外蒸発器３３を蒸発器として機能させ、外気から吸熱して暖房運転を行うと、低外気温時に、車外蒸発器３３の表面に着霜し、着霜が進むに連れて暖房能力が低下して行き、暖房不能に陥る虞がある。このため、本実施形態では、車外蒸発器３３に対して着霜が検知された場合、図５に示されるように、第１電磁弁２３を開、第２電磁弁３１を閉とし、車内蒸発器８を利用したヒートポンプ暖房サイクル３６に切替えるようにしている。
【００３９】
この場合、電動圧縮機２０から吐出されたホットガス冷媒は、着霜前の暖房運転時と同様、まず吐出配管２６Ａにより冷媒／クーラント熱交換器２８に導入され、ここで、クーラント循環回路５を循環するクーラントに放熱して凝縮される。この液冷媒は、三方切替え弁２９を介して第１暖房用回路３０に導かれ、逆止弁３９を経てレシーバ２２内に導入される。レシーバ２２でいったん貯留された冷媒は、冷媒配管２６Ｄ、第１電磁弁２３を経由して第１膨張弁２４に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器９に供給される。
【００４０】
車内蒸発器９において、ブロア７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２５、吸入配管２６Ｅを経由して電動圧縮機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。この間、車内蒸発器９で冷媒に吸熱されることによって冷却除湿された空気（内気）は、上記の如く車内蒸発器９の下流側に設置されているヒータコア１０で加熱され、デフ吹出し口１２、フェイス吹出し口１３およびフット吹出し口１４のいずれかから車内に吹出されることにより、車室内の暖房に供される。
【００４１】
このように、車外蒸発器３３に着霜した後は、車内蒸発器９を蒸発器として利用した除湿暖房運転に切替え、冷媒／クーラント熱交換器２８で加熱されたクーラントをヒータコア１０に循環させることによって、暖房運転を継続することができる。また、この車外蒸発器３３に着霜後の暖房運転は、除湿暖房運転となる。このため、窓の曇りを心配する必要がなく、内気循環モードに切替え、車内蒸発器９で温度の高い空気から吸熱することにより暖房能力を高めることができる。
【００４２】
［除霜（デフロスト）］
車外蒸発器３３を機能させて暖房運転しているときに、車外蒸発器３３に着霜した場合でも、直ちに除霜せず、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転に切替えることにより、そのまま暖房運転を継続するようにしている。このように、本実施形態では、暖房運転を中断した強制的な除霜運転は行わないようにしており、暖房運転を行いながら、以下によりデフロストするようにしている。
【００４３】
外気温が氷点下でない場合、自然風もしくは必要に応じて車外ファン３７を運転して車外蒸発器３３に外気を通風し、外気により自然デフロストを行い、除霜が完了した時点で車外蒸発器３３を用いた暖房運転に復帰させるようにしている。一方、外気温が氷点下の場合、自然デフロストが困難なため、図５に示されるように、車両駆動用機器４を冷却して昇温されたクーラントの一部を、クーラント循環回路５を介してラジエータ４０に循環させて外気に放熱し、その熱で加温された外気をラジエータ４０の下流側に設けられている車外蒸発器３３に吹き付けることにより、デフロストするようにしている。
【００４４】
このように、車外蒸発器３３に着霜したときには、車内蒸発器９に切替えて除湿暖房運転により暖房運転を継続しながら、車外蒸発器３３の着霜を自然デフロストまたはラジエータ４０からの放熱を利用してデフロストし、各々のデフロストが完了した時点で車外蒸発器３３を用いた暖房運転に復帰させることにより、その間に効率よく効果的にデフロストすることができる。
【００４５】
以上の各運転は、図６に示されている空調用制御装置５０を介して制御されるようになっている。この制御装置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を備えており、以下のセンサー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の運転制御を行うものである。
【００４６】
制御装置５０には、車両の適所に設置されている車内温度センサー（Ｔｒ）５３、外気温度センサー（Ｔａｍｂ）５４、日射センサー（Ｔｓ）５５、車速センサー５６の他、車両用空調装置１側の車内蒸発器９に設置されているフロストセンサー（ＦＳ）５７、車外蒸発器３３に設置されている車外蒸発器冷媒温度センサー（Ｔ１）５８、吐出配管２６Ａに設置されている高圧センサー（ＨＰ）５９、ヒータコア１０に設置されているヒータコア吹出し温度センサー（Ｔｃ）６０、クーラント温度センサー６１、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２等からの検出信号が入力されるようになっている。
【００４７】
制御装置５０は、上記各センサー５３−６２からの検出信号と、コントロールパネル５２および上位制御装置５１からの入力情報とに基づいて、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１５，１６，１７用のアクチエータ６３、内外気切替えダンパ６用のアクチエータ６４、温調ダンパ１１用のアクチエータ６５、ブロア６用のモータ６６、車外ファン３７用のモータ６７、電動圧縮機２０用のモータ６８、クーラントポンプ４１用のモータ６９、三方切替え弁２９用の電磁コイル７０、電磁弁２３，３１用の電磁コイル７１および三方制御弁４２用のモータ７２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っているものである。
【００４８】
以下に、この制御装置５０による車両用空調装置１の運転制御を、図７ないし図１２に示すフロー図を参照して説明する。
図７は、車両用空調装置１のメイン制御フロー図であり、制御が開始されると、まずステップ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、各センサー５３−６２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き、ステップＳ３において、目標吹出し温度Ｔｔａｒを算出し、ステップＳ４に移行する。ここで、除湿運転ありか否かが判定され、「ＹＥＳ」であれば、ステップＳ５に移行して「冷房運転制御」に入り、「ＮＯ」であれば、ステップＳ６に移行して「暖房運転制御」に入る。その後、ステップＳ７において、各センサー５３−６２の検出値を出力し、スタート点に戻る。
【００４９】
上記ステップＳ５において「冷房運転制御」に入ると、図８に示される冷房運転制御に移行される。冷房運転制御では、まずステップＳ１０において、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を車外凝縮器２１側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ１１において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が開、電磁弁３１が閉とされる。これによって、冷房用サイクル２７が設定される。
【００５０】
引き続き、ステップＳ１２において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ１３において、内外気切替えダンパ６の切替えによる吸込みモード、ステップＳ１４において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えによる吹出しモード、ステップＳ１５において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ１６において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ１７において、車外ファン３７の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチエータ６３−６８、７０，７１が駆動されることによって、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。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に戻り、冷房運転が継続される。
【００５１】
また、上記ステップＳ６において「暖房運転制御」に入ると、図９および図１１に示される暖房運転制御に移行される。暖房運転制御では、まずステップＳ２０において、外気温度Ｔａｍｂが、設定値ａ（例えば、ａは氷点の０℃）以上か否か（Ｔａｍｂ≧ａ）が判定され、「ＹＥＳ」の場合、ステップＳ２１に移行され、「ＮＯ」の場合、ステップＳ２２に移行される。ステップＳ２１においては、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ２３において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が閉、電磁弁３１が開とされる。これにより、冷媒を第２暖房用回路３５側、すなわち車外蒸発器３３に流す着霜前の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００５２】
その後、ステップＳ２４に移行され、ここで内外気切替えダンパ６が外気導入モードに決定され、ステップＳ２５に移行される。ステップＳ２５においては、車外蒸発器３３に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定は、車外蒸発器冷媒温度センサー５８の検出値Ｔ１と外気温度センサー５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ａ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ａ）で判定され、「ＹＥＳ」（着霜あり）と判定されると、ステップＳ２６に移行され、「ＮＯ」（着霜なし）と判定されると、ステップＳ２７に移行される。
【００５３】
着霜なしによりステップＳ２７に移行されると、ここで、電動圧縮機２０の回転数が決定され、更に、ステップＳ２８において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えるによる吹出しモード、ステップＳ２９において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ３０において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ３１において、車外ファン３７の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５−６８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）に戻り、暖房運転が継続される。
【００５４】
一方、ステップＳ２５で着霜ありと判定されてステップＳ２６に移行すると、「除霜運転制御」に入り、図１２に示されるように、除霜運転制御が実行される。
この除霜運転制御では、まずステップＳ８０において、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ８１において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が開、電磁弁３１が閉とされ、蒸発器が車内蒸発器９に切替えられた着霜後の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００５５】
引き続き、ステップＳ８２において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ８３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（この場合、内気循環モード）、ステップＳ８４において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えによる吹出しモード、ステップＳ８５において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ８６において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ８７において、車外ファン３７の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ６３−６８が駆動されることによって、車内温度が設定温度となるように、車内蒸発器９を用いた除湿暖房運転が実行される。
【００５６】
このように、除霜運転制御される間、空調装置１は除湿暖房運転され、この間に車外蒸発器３３に着霜していた霜は、自然風もしくは車外ファン３７を介して通風される外気によって自然にデフロストされる。そして、除霜運転制御が終了すると、Ｓ２（＝ステップＳ３２）に戻り、ここで、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２の検出値が、設定値ｂ以下か否か（Ｔｆ＜ｂ）が判定される。「ＹＥＳ」の場合は、デフロスト未完了と判断され、ステップＳ２６に戻り、除霜運転制御が継続される。また、「ＮＯ」の場合は、ステップＳ３３に移行して除霜運転制御が終了される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に戻って、暖房運転が継続されることになる。
【００５７】
一方、上記ステップＳ２０において、「ＮＯ」と判定され、ステップＳ２２に移行された場合、ここで、クーラント温度センサー６１により検出されたクーラントの温度（または水温）Ｔｗが、設定値ｃ以下か否か（Ｔｗ＜ｃ）が判定される。クーラントの温度Ｔｗが非常に高く、「ＮＯ」と判定されると、ステップＳ３４に移行され、車両駆動用機器４のエンジンがオフとされ、更にステップＳ３５でクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオフ、ステップＳ３６で電動圧縮機２０がオフとされる。続いて、ステップＳ３７で吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えによる吹出しモード、ステップＳ３８で温調ダンパ１１の開度、ステップＳ３９でブロア７の駆動電圧が決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５，６６が駆動される。これによって、排熱暖房が行われることになる。
【００５８】
また、ステップＳ２２で「ＹＥＳ」と判定されると、ステップＳ４０に移行され、クーラントの温度Ｔｗが、設定値ｄ以上か否か（Ｔｗ＞ｄ）が判定される。クーラントの温度Ｔｗが非常に低く、「ＮＯ」と判定されると、ステップＳ４１に移行され、設定値ｄ以上の場合、「ＹＥＳ」と判定され、ステップＳ４２に移行される。ステップＳ４２では、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ４３において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が閉、電磁弁３１が開とされ、これにより、冷媒を車外蒸発器３３に流す着霜前の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００５９】
その後、ステップＳ４４に移行され、ここで、内外気切替えダンパ６が外気導入モードと決定され、ステップＳ４５に移行される。ステップＳ４５では、車外蒸発器３３に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定は、車外蒸発器冷媒温度センサー５８の検出値Ｔ１と外気温度センサー５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ｅ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ｅ）で判定され、「ＹＥＳ」（着霜あり）と判定されると、ステップＳ４６に移行され、「ＮＯ」（着霜なし）と判定されると、ステップＳ４７に移行される。
【００６０】
ステップＳ４５で着霜なしと判定され、ステップＳ４７に移行すると、ここで、車両駆動用機器４のエンジンがオフとされ、更にステップＳ４８でクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオフとされる。続いて、ステップＳ４９において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ５０において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えるによる吹出しモード、ステップＳ５１において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ５２において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ５３において、車外ファン３７の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５−６８が駆動されることによって、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）に戻り、暖房運転が継続される。
【００６１】
また、ステップＳ４５で着霜ありと判定され、ステップＳ４６に移行すると、ここで、車両駆動用機器４のエンジンがオンとされ、更にステップＳ５４でクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオンとされる。その後、ステップＳ５５に移行して、「除霜運転制御」に入り、図１２の通り除霜運転制御が実行される。なお、この除霜運転制御は、上述した通りであり、説明は省略する。一方、この除霜運転制御の間は、車両駆動用機器４のエンジンおよびクーラントポンプ４１がオンとされているため、エンジンの排熱で温度上昇されたクーラントがラジエータ４０に循環され、外気に放熱される。従って、その熱で加熱された温風を利用して車外蒸発器３３の霜を効率よくデフロストすることができる。
【００６２】
除霜運転制御が終了すると、Ｓ２（＝ステップＳ５６）に戻り、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２の検出値が、設定値ｂ以下か否か（Ｔｆ＜ｂ）が判定される。「ＹＥＳ」と判定された場合、デフロスト未完了と判断され、ステップＳ５５に戻って、除霜運転制御が継続される。また、「ＮＯ」と判定された場合、ステップＳ５７に移行して除霜運転制御が終了される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続されることになる。
【００６３】
さらに、上記ステップＳ４０において、クーラントの温度Ｔｗが非常に低く、「ＮＯ」と判定されてステップＳ４１に移行された場合、ここで、車両駆動用機器４のエンジンがオンとされ、続くステップＳ５８で、クーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオンとされる。次いで、ステップＳ５９において、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。更にステップＳ６０において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が閉、電磁弁３１が開とされる。これにより、冷媒を車外蒸発器３３に流す着霜前の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００６４】
その後、ステップＳ６１に移行され、ここで、内外気切替えダンパ６が外気導入モードと決定され、ステップＳ６２に移行される。ステップＳ６２では、車外蒸発器３３に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定は、車外蒸発器冷媒温度センサー５８の検出値Ｔ１と外気温度センサー５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ｅ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ｅ）で判定される。「ＹＥＳ」（着霜あり）と判定されると、ステップＳ６３に移行され、「ＮＯ」（着霜なし）と判定されると、ステップＳ６４に移行される。
【００６５】
ステップＳ６２で着霜なしと判定され、ステップＳ６４に移行すると、ここで、電動圧縮機２０の回転数が決定される。続いて、ステップＳ６５において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えるによる吹出しモード、ステップＳ６６において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ６７において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ６８において、車外ファン３７の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５−６８が駆動されることによって、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）に戻り、暖房運転が継続される。
【００６６】
また、ステップＳ６２で着霜ありと判定されると、ステップＳ６３に移行して「除霜運転制御」に入り、図１２の通り除霜運転制御が実行される。この除霜運転制御は、上述した通りであり、説明は省略する。一方、この除霜運転制御の間は、車両駆動用機器４のエンジンおよびクーラントポンプ４１がオンとされているため、エンジンの排熱により温度上昇されたクーラントがラジエータ４０に循環され、外気に放熱される。従って、その熱で加熱された温風を利用して車外蒸発器３３の霜を効率よく除霜することができる。
【００６７】
除霜運転制御が終了すると、Ｓ２（＝ステップＳ６９）に戻り、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２の検出値が、設定値ｂ以下か否か（Ｔｆ＜ｂ）が判定される。「ＹＥＳ」と判定された場合、デフロスト未完了と判断され、ステップＳ６３に戻って、除霜運転制御が継続される。また、「ＮＯ」と判定された場合、ステップＳ７０に移行して除霜運転制御が終了される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続されることになる。
【００６８】
斯くして、本実施形態によると、以下の作用効果が奏される。
本実施形態のヒートポンプ式車両用空調装置１によれば、ブロア７からの空気流路８中に車内蒸発器９、ヒータコア１０および温調ダンパ１１等が順次配設され、車内蒸発器９およびヒータコア１０で温調された空気をその下流側に設けられている複数の吹出し口のいずれかから車内に吹出して車室内を空調するＨＶＡＣユニット２として、現行のガソリン車用の空調装置に適用されているＨＶＡＣユニットを略同一構成のまま適用することができる。
【００６９】
さらに、現行のガソリン車用の空調装置に適用されている電動圧縮機２０、車外凝縮器２１、レシーバ２２、第１膨張弁２４およびＨＶＡＣユニット２内に設けられた車内蒸発器９等からなる冷房用の冷凍サイクル２７に対し、冷媒／クーラント熱交換器２８、第１暖房用回路３０、第２膨張弁３２および車外蒸発器３３を備えた第２暖房用回路３５等の最小限の暖房用回路および機器を接続することにより、圧力条件が同一となる冷媒回路および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクル３６を構成することができる。
【００７０】
このため、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様のヒートポンプおよびＨＶＡＣユニットを新たに開発することなく、ガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる冷媒回路や機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調装置１を提供することができる。
【００７１】
また、暖房用ヒートポンプサイクル３６は、低外気温時、車外蒸発器３３に着霜した場合に、第２暖房用回路３５側への冷媒流れを遮断して車内蒸発器９側に冷媒を流し、車内蒸発器８を利用した除湿暖房に切替え可能とされている。このため、車外蒸発器３３に対する着霜時には、蒸発器を車内蒸発器８側に切替えることにより、そのまま効率のよいヒートポンプ暖房運転を継続することができ、従って、暖房運転中に除霜運転に切替えることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消することができる。
【００７２】
さらに、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転に切替えられた時、内気循環モードで運転されるようにしているため、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転時、比較的温度の高い車内空気を熱源としてヒートポンプ暖房運転を行うことができ、従って、暖房能力を十分に確保することができる。また、通常、低外気温時には、窓の曇りを防止するために外気導入モードにより暖房運転しているが、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転とすることによって、内気循環モードとしても窓曇りを防止することができる。
【００７３】
また、冷媒／クーラント熱交換器２８は、電動圧縮機２０から吐出されるホットガス冷媒と、クーラント循環回路５を循環するクーラントとが常時熱交換可能な構成とされているため、暖房運転中だけでなく、冷房運転中や除湿運転中でも常にヒータコア１０に高温のクーラントを循環させながら運転することができる。従って、最大冷房運転時に、コントローラ側から急に吹出し温度変更指令が出された場合でも、温調ダンパ１１で温調制御することにより瞬時に目標の吹出し温度に制御することが可能であり、温調制御の応答性を確保することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、車外蒸発器３３を、車外凝縮器用車外ファン３７の通風路中の車外凝縮器２１および／またはクーラント循環回路５に接続されている放熱用のラジエータ４０の下流側に配設した構成としており、冬期の降雪時や積雪時等にも、車外蒸発器３３に対する雪の付着や堆積等を車外凝縮器２１および／またはラジエータ４０によってブロックし、低減することができる。このため、雪の付着や堆積による車外蒸発器３３の凍結を防止することができるとともに、車外蒸発器３３による熱交換性能を確保し、暖房性能を向上することができる。加えて、ラジエータ４０から放熱がある場合には、その熱を車外蒸発器３３で吸熱することにより、暖房能力の一層の向上を図ることができる。
【００７５】
さらに、暖房用ヒートポンプサイクル３６による暖房時、車外蒸発器３３に対して着霜が検知されたとき、第２暖房用回路３５側への冷媒流れを遮断して車内蒸発器９側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、車外蒸発器３３を外気によって自然デフロストし、外気温度が所定値以下の場合、ラジエータ４０にクーラント循環回路５を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱を利用して車外蒸発器３３をデフロストするようにしている。
【００７６】
このため、低外気温下の暖房運転時において、車外蒸発器３３に対して着霜が検知された場合、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４の排熱を利用してクーラントの温度を上昇させ、暖房性能を高めることができるとともに、ラジエータ４０からその一部を放熱させ、加熱された温風を利用して車外蒸発器３３を効率よく効果的に除霜することができる。従って、車両駆動用機器４の排熱を有効に利用して暖房および除霜を行うことができ、省動力化を図ることができる。
【００７７】
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、上記実施形態では、第１膨張弁２４および第２膨張弁３２の入口側に、それぞれ第１電磁弁２３および第２電磁弁３１を設けているが、これらの第１電磁弁２３と第１膨張弁２４および第２電磁弁３１と第２膨張弁３２は、それぞれが一体化された電磁開閉弁付き温度式自動膨張弁を用いた構成としてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、吹出しモード切替えダンパが、デフダンパ１５、フェイスダンパ１６およびフットダンパ１７からなる３ダンパ方式とされているが、デフダンパ１５およびフェイスダンパ１６を１つのダンパで兼用化し、該ダンパとフットダンパ１７との２ダンパ方式としてもよい。さらに、上記実施形態では、クーラント循環回路５に三方制御弁４２を設けた構成としているが、この三方制御弁４２は、パラフィンワックス等が充填されたサーモエレメントにより、クーラントの温度に応答して流量割合を自動調整するサーモスタット弁としてもよく、この場合、制御装置５０による弁の制御は不要となる。
【符号の説明】
【００７９】
１ ヒートポンプ式車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
４ 車両駆動用機器
５ クーラント循環回路
９ 車内蒸発器
１０ ヒータコア
１２ デフ吹出し口
１３ フェイス吹出し口
１４ フット吹出し口
２０ 電動圧縮機
２１ 車外凝縮器
２２ レシーバ
２４ 第１膨張弁
２６Ａ 吐出回路（吐出配管）
２７ 冷房用冷凍サイクル
２８ 冷媒／クーラント熱交換器
２９ 三方切替え弁（切替え手段）
３０ 第１暖房用回路
３２ 第２膨張弁
３３ 車外蒸発器
３５ 第２暖房用回路
３６ 暖房用ヒートポンプサイクル
３７ 車外ファン
４０ ラジエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の次世代車の空調装置に好適なヒートポンプ式車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、省燃費化のために、極力エンジンを停止するように制御されることから、ヒートポンプによる暖房あるいは電気ヒータによる暖房が検討されている。しかし、これらの暖房で消費される電力は非常に大きく、このため、高ＣＯＰ（成績係数）暖房が可能なヒートポンプ方式の方が、電気ヒータ方式（ＣＯＰ≦１）よりも望ましいが、様々な排熱を利用できる高ＣＯＰヒートポンプ暖房システムを構築しようとすると部品点数の増加やコストアップを招く等の問題があった。
【０００３】
一方、現状は、ガソリン車からＥＶ車やＨＥＶ，ＰＨＥＶ車等の次世代車に移行する過渡期にあることから、膨大な開発費を抑制するため、ガソリン車用空調装置を改良して適用する試みがなされている。通常、ガソリン車の場合、ＨＶＡＣユニット内にヒータコアを設け、エンジン冷却用のクーラントを循環させ、エンジンの排熱で暖房するシステムが用いられているが、ヒートポンプ方式では、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内に車内凝縮器（サブコンデンサ）を設けるシステムが一般的であり、構成に大きな違いがある。
【０００４】
特に、一般的なヒートポンプシステムの場合、暖房時、冷媒回路を切替えて凝縮器を蒸発器、蒸発器を凝縮器として機能させることになるため、冷媒回路を構成する配管類や蒸発器、凝縮器等の熱交換器を冷房運転および暖房運転の異なる圧力条件下で共用できる構成としなければならず、現行のガソリン車に適用されている車両用空調装置を大幅に変更する必要がある。また、低外気温時、車外側の蒸発器が着霜した場合、如何に除霜するかも大きな課題となる。更に、既存のＨＶＡＣユニットの流用も検討されているが、ヒータコアを有するＨＶＡＣユニット内に車内凝縮器（サブコンデンサ）を設けることは、パッケージング上からも温調制御上からも困難である。
【０００５】
かかる状況下、ＨＶＡＣユニット内に設けられる車内蒸発器に、現行システムの蒸発器を用いながらヒートポンプ暖房を可能とした車両用空調装置の一例として、特許文献１に示されたものが提案されている。これは、現行の冷房用の冷凍サイクルを備えた車両用空調装置のＨＶＡＣユニットの車内蒸発器下流側に車内凝縮器を設置したものであり、該車内凝縮器を圧縮機の吐出回路に接続し、その出口側に第１電子膨張弁と第１電磁弁を備えたバイパス回路との並列回路を接続するとともに、第２電子膨張弁および車内蒸発器に対して第２電磁弁を備えたバイパス回路を接続した構成とされている。
【０００６】
また、特許文献２には、車内蒸発器およびヒータコアを設けたＨＶＡＣユニットをそのままとし、冷房用サイクルの圧縮機吐出配管に、水／冷媒熱交換器および膨張弁と、開閉弁を備えたバイパス回路との並列回路を設けたものが示されている。これは、水／冷媒熱交換器でエンジンの冷却水を加熱可能とし、暖房時や除湿暖房時、水／冷媒熱交換器側に冷媒を流通させ、ここで冷却水を加熱し、車外凝縮器を蒸発器として機能させて吸熱することにより、暖房性能の向上を図ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１１２２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−４２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されるものは、暖房時、車外側の蒸発器が着霜した場合でも、車外側ファンを停止した状態で空調装置を運転し、圧縮機の仕事量に見合った熱量を車内凝縮器および車外蒸発器で放熱することにより、暖房感を得ながら車外蒸発器の除霜を行えるようにしたものである。しかしながら、上記の構成では、車外凝縮器およびそれに接続される冷媒配管系を、凝縮機能と蒸発機能を兼ね備えた熱交換器および高低圧共用の配管系とする必要があり、現行のガソリン車用のシステムの冷媒回路およびＨＶＡＣユニットを大幅に変更せざるを得ず、車外凝縮器や冷媒配管系を共用化して低コストで簡素な構成のヒートポンプ式車両用空調装置を製造することは困難であった。
【０００９】
また、特許文献２に示されるものでは、暖房モード時、水／冷媒熱交換器で冷却水を加熱し、暖房性能を高めることができる。しかしながら、ヒートポンプ暖房運転時に車外蒸発器に着霜した場合、その機能が中断されてしまう等の問題があるとともに、車外蒸発器の霜をデフロストする方式について、解決策を提示するものではない。また、かかる構成では、最大冷房運転時、吹出し温度の変更指令が出された場合、圧縮機からのホットガスを水／冷媒熱交換器側に切替え、そこで加熱された水をヒータコアに循環させて温調する必要があり、応答遅れによって温調性能の低下が懸念される等の問題があった。
【００１０】
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、現行のガソリン車用空調装置の冷房サイクルおよびＨＶＡＣユニットを共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでかつ搭載性に優れ、しかも車外蒸発器への着霜時の課題をも解消できる、電気自動車やハイブリッド車等に好適なヒートポンプ式車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式車両用空調装置は、車内蒸発器およびヒータコアを備え、前記車内蒸発器および前記ヒータコアにより温調された空気をその下流側に設けられている複数の吹出し口のいずれかから車内に吹出して車室内を空調するＨＶＡＣユニットと、前記ヒータコアに対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器を冷却するクーラントを循環可能なクーラント循環回路と、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、前記車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、前記電動圧縮機の吐出配管に設けられ、ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路内を循環する前記クーラントとを熱交換する冷媒／クーラント熱交換器と、前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、前記電動圧縮機、前記冷媒／クーラント熱交換器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路により暖房用のヒートポンプサイクルが構成され、前記冷媒／クーラント熱交換器で加熱された前記クーラントを前記ヒータコアに循環可能とし、前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、該車内蒸発器を利用した除湿暖房に切替え可能とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ＨＶＡＣユニットのヒータコアに対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器を冷却するクーラントを循環可能なクーラント循環回路を接続するとともに、車内蒸発器に対して、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁等から構成される冷房用の冷凍サイクルを接続した構成としているため、ＨＶＡＣユニットをガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置のＨＶＡＣユニットと略同一構成とすることができる。さらに、冷房用の冷凍サイクルに対して、冷媒／クーラント熱交換器、第１暖房用回路、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路を追設し、電動圧縮機、冷媒／クーラント熱交換器、切替え手段、第１暖房用回路、レシーバ、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路により暖房用のヒートポンプサイクルを構成しているため、原形となる冷房用の冷凍サイクルに冷媒／クーラント熱交換器、第１暖房用回路、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路と機器を接続することにより、圧力条件が同一となる冷媒回路および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクルを構成することができる。従って、冷暖房双方の運転に耐え得る圧力仕様の冷媒回路およびＨＶＡＣユニットを新たに開発することなく、現行のガソリン車に適用されている車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる冷媒回路や機器類を共用化して、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。また、低外気温時、車外蒸発器に着霜しても、第２暖房用回路への冷媒流れを遮断して車内蒸発器側に冷媒を流し、該車内蒸発器を利用した除湿暖房に切替え可能な構成としているため、車外蒸発器に対する着霜したとしても、そのまま効率のよいヒートポンプ暖房運転を継続することができる。従って、暖房運転中に除霜運転に切替えることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消することができる。
【００１３】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上記のヒートポンプ式車両用空調装置において、前記冷媒／クーラント熱交換器は、前記電動圧縮機から吐出される前記ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路を循環する前記クーラントとが常時熱交換可能な構成とされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、冷媒／クーラント熱交換器が、電動圧縮機から吐出されるホットガス冷媒とクーラント循環回路を循環するクーラントとが常時熱交換可能な構成とされているため、暖房運転中だけでなく、冷房運転中や除湿運転中でも常にヒータコアに高温のクーラントを循環させながら運転することができる。従って、最大冷房運転時に、コントローラ側から急に吹出し温度変更指令が出された場合でも、温調ダンパで温調制御することにより瞬時に目標の吹出し温度に制御することが可能であり、温調制御の応答性を確保することができる。
【００１５】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記車外蒸発器は、前記車外凝縮器用車外ファンの通風路中の前記車外凝縮器および／または前記クーラント循環回路に接続されている放熱用のラジエータの下流側に配設されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、車外蒸発器が、車外凝縮器用車外ファンの通風路中の車外凝縮器および／またはクーラント循環回路に接続されている放熱用のラジエータの下流側に配設されているため、冬期の降雪時や積雪時等にも、車外蒸発器に対する雪の付着や堆積等を車外凝縮器および／または放熱用ラジエータによってブロックし、低減することができる。従って、雪の付着や堆積による車外蒸発器の凍結を防止することができるとともに、車外蒸発器による熱交換性能を確保し、暖房性能を向上することができる。また、ラジエータから放熱がある場合には、その熱を車外蒸発器で吸熱することにより、暖房能力の一層の向上を図ることができる。
【００１７】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上記のヒートポンプ式車両用空調装置において、前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、前記車外蒸発器を外気により自然除霜し、外気温度が所定値以下の場合、前記ラジエータに前記クーラント循環回路を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱により前記車外蒸発器を除霜可能な構成としていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して車内蒸発器側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、車外蒸発器を外気により自然除霜し、外気温度が所定値以下の場合、ラジエータにクーラント循環回路を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱により車外蒸発器を除霜可能な構成としているため、低外気温下の暖房運転時において、車外蒸発器に対して着霜が検知された場合、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器の排熱を利用してクーラントの温度を上昇させ、暖房性能を高めることができるとともに、ラジエータからその一部を放熱させ、加熱された温風を利用して車外蒸発器を効率よく効果的に除霜することができる。従って、車両駆動用機器の排熱を有効に利用して暖房および除霜を行うことができ、省動力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、ＨＶＡＣユニットをガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置のＨＶＡＣユニットと略同一構成とすることができるとともに、原形となる冷房用の冷凍サイクルに冷媒／クーラント熱交換器、第１暖房用回路、第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路と機器を接続することにより、圧力条件が同一となる冷媒回路および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクルを構成することができるため、冷暖房双方の運転に耐え得る圧力仕様の冷媒回路やＨＶＡＣユニットを新たに開発することなく、現行のガソリン車に適用されている車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる冷媒回路や機器類を共用化して、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。また、車外蒸発器に対する着霜したとしても、そのまま効率のよいヒートポンプ暖房運転を継続することができるため、暖房運転中に除霜運転に切替えることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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２】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の冷房時および除湿暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図３】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置のエンジン排熱暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図４】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置のヒートポンプ暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図５】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置の車外蒸発器に着霜時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
【図６】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置を制御する制御装置のブロック図である。
【図７】図６に示す制御装置による運転制御フロー図である。
【図８】図６に示す制御装置による冷房運転制御時の制御フロー図である。
【図９】図６に示す制御装置による暖房運転制御時の制御フロー図の一部分図である。
【図１０】図６に示す制御装置による暖房運転制御時の制御フロー図の他の一部分図である。
【図１１】図６に示す制御装置による暖房運転制御時の制御フロー図の他の一部分図である。
【図１２】図６に示す制御装置による除霜運転制御時の制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図１２を参照して説明する。
図１には、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が示されている。
本実施形態にかかるヒートポンプ式車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、冷暖房可能なヒートポンプサイクル３と、ＨＶＡＣユニット２のヒータコア１０に対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４を冷却するクーラントを循環可能としたクーラント循環回路５とを備えている。
【００２２】
ＨＶＡＣユニット２は、内外気切替えダンパ６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７と、ブロア７に連なる空気流路８中に上流側から下流側にかけて順次配設されている車内蒸発器９と、ヒータコア１０と、温調ダンパ１１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、車内蒸発器９およびヒータコア１０により温調された空気を、車内に向け開口されているデフ吹出し口１２、フェイス吹出し口１３、フット吹出し口１４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１５，１６，１７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、車室内を設定温度に空調するものである。
【００２３】
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、車外凝縮器２１と、レシーバ２２と、第１電磁弁２３および第１膨張弁２４と、ＨＶＡＣユニット２内に設けられている上記車内蒸発器９と、逆止弁２５とがこの順に冷媒配管２６を介して接続されている閉サイクルの冷房用の冷凍サイクル（冷媒回路）２７を備えている。この冷房用の冷凍サイクル２７は、ガソリン車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よい。
【００２４】
上記ヒートポンプサイクル３には、原形となる上記冷房用冷凍サイクル２７に対して、電動圧縮機２０からの吐出配管（吐出回路）２６Ａに、クーラント循環回路５内を循環するクーラントと、電動圧縮機２０から吐出されるホットガス冷媒とを熱交換する冷媒／クーラント熱交換器２８が設けられている。また、車外凝縮器２１の入口側冷媒配管２６Ｂに、三方切替え弁（切替え手段）２９が設けられ、この三方切替え弁２９を介して冷媒／クーラント熱交換器２８で凝縮された冷媒をレシーバ２２に導く第１暖房用回路３０が接続されている。更に、レシーバ２２の出口冷媒配管２６Ｄと、電動圧縮機２０への吸入配管２６Ｅとの間には、第２電磁弁３１、第２膨張弁３２、車外蒸発器３３および逆止弁３４が順次配設されている第２暖房用回路３５が接続されている。
【００２５】
これによって、電動圧縮機２０と、冷媒／クーラント熱交換器２８と、三方切替え弁２９と、第１暖房用回路３０と、レシーバ２２と、第２電磁弁３１、第２膨張弁３２、車外蒸発器３３および逆止弁３４が設けられている第２暖房用回路３５とがこの順に冷媒配管２６を介して接続されている閉サイクルの暖房用ヒートポンプサイクル（冷媒回路）３６が構成されている。なお、三方切替え弁２９は、２個の電磁弁を組み合わせた構成により代替してもよい。
【００２６】
上記ヒートポンプサイクル３において、暖房用ヒートポンプサイクル３６を構成する車外蒸発器３３は、冷房用冷凍サイクル２７を構成する車外凝縮器２１に対して外気を通風する車外ファン３７の通風路中の下流側に、車外凝縮器２１と互いに平行に設置され、車外ファン３７を共用化している。また、車外凝縮器２１の下流側には、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４を冷却したクーラントの熱を放熱するラジエータ４０が設置され、車外蒸発器３３は、このラジエータ４０の下流側に設置されている。なお、ラジエータ４０は、エンジン冷却用、モータおよびインバータ冷却用に独立して複数設けてもよい。
【００２７】
また、本実施形態のレシーバ２２は、図１に示されるように、車外凝縮器２１からの冷媒配管２６Ｃおよび第１暖房用回路３０が接続される２つの冷媒流入口にそれぞれ逆止弁３８，３９が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバ２２とされている。
【００２８】
さらに、クーラント循環回路５は、車両駆動用機器（エンジン、モータおよびインバータ等）４を冷却して温度上昇したクーラントを、冷媒／クーラント熱交換器２８およびヒータコア１０側と、ラジエータ４０側とに平行に循環可能な構成とされている。このクーラント循環回路５には、クーラントポンプ４１および三方制御弁４２が設けられ、クーラントの温度に応じて、冷媒／クーラント熱交換器２８およびヒータコア１０側と、ラジエータ４０側とに流すクーラントの流量が自動調整可能とされている。
【００２９】
なお、本実施形態では、第１膨張弁２４および第２膨張弁３２として、温度式自動膨張弁が使用されており、それぞれの入口側に冷媒回路を開閉する第１電磁弁２３および第２電磁弁３１を設けた構成としている。しかし、この第１電磁弁２３と第１膨張弁２４および第２電磁弁３１と第２膨張弁３２については、それぞれ開閉弁の機能を兼ね備えた電子膨張弁を１個ずつ設置した構成に代替してもよい。
【００３０】
次に、上記ヒートポンプ式車両用空調装置１の運転時の冷媒およびクーラントの流れを図２ないし図５を用いて説明する。なお、各図において、運転時の冷媒およびクーラントの流れ経路が太線で表されている。
［冷房および除湿暖房］
冷房および除湿暖房運転時、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒は、図２に示されるように、吐出配管２６Ａより冷媒／クーラント熱交換器２８、三方切替え弁２９を経由して車外凝縮器２１に循環され、車外ファン３７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。この液冷媒は、冷媒配管２６Ｃ、逆止弁３８を経由してレシーバ２２内に導入され、いったん貯留された後、冷媒配管２６Ｄ、第１電磁弁２３を経て第１膨張弁２４に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器９に供給される。
【００３１】
車内蒸発器９でブロア７から送風されてくる内気または外気（除湿暖房時は内気）と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、逆止弁２５を経由して吸入配管２６Ｅより電動圧縮機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。この冷房サイクル２７は、ガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと同様のものであり、そのまま共用化することができる。車内蒸発器９で冷媒との熱交換されることにより冷却された内気または外気は、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７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１２、フェイス吹出し口１３、フット吹出し口１４のいずれかから車内に吹出され、車室内の冷房に供される。
【００３２】
なお、最大冷房（ＭＡＸ ＣＯＯＬ）時、ヒータコア１０への通風は、温調ダンパ１１で遮断され、車内蒸発器９で冷却された冷風がそのまま車内へと吹出される。また、冷房サイクル２７で運転しながら、ヒータコア１０の入口に設けられている温調ダンパ１１を開き、車内蒸発器９で冷却された冷風の一部をヒータコア１０に通風して再熱することにより、温調制御を行うことができる。
【００３３】
一方、除湿暖房時には、車内蒸発器９で冷却された冷風をヒータコア１０で加熱することにより除湿された温風とし、これを吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７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１２、フェイス吹出し口１３、フット吹出し口１４のいずれかから車内に吹出し、車室内の除湿暖房に供することができる。この除湿暖房運転時、クーラント循環回路５のクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１が運転されており、車両駆動用機器４を冷却して昇温されたクーラントは、冷媒／クーラント熱交換器２８でホットガス冷媒により更に加熱され、ヒータコア１０に循環されるようになっている。
【００３４】
［排熱暖房］
エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４側からの排熱が十分確保されている場合、図３に示されるように、ヒートポンプサイクル３側の運転を停止し、クーラント循環回路５のクーラントポンプ４１のみを運転することにより、排熱暖房運転を行うことができる。この場合、車両駆動用機器４を冷却して昇温されたクーラントは、クーラントポンプ４１により冷媒／クーラント熱交換器２８を経由してヒータコア１０に循環される。ヒータコア１０でブロア７からの外気または内気と熱交換され、温度降下したクーラントは、三方制御弁４２を介して車両駆動用機器４に戻る経路を循環し、外気または内気を加熱することによって暖房に供される。
【００３５】
［ヒートポンプ暖房（着霜前）］
ヒートポンプ暖房運転時、車外蒸発器３３に対して着霜する迄の間は、図４に示されるように、電動圧縮機２０で圧縮されたホットガス冷媒は、吐出配管２６Ａにより冷媒／クーラント熱交換器２８に導入され、ここで、クーラント循環回路５を循環するクーラントに放熱して凝縮される。この液冷媒は、三方切替え弁２９を介して第１暖房用回路３０に導かれ、逆止弁３９を経てレシーバ２２内に導入される。レシーバ２２でいったん貯留された冷媒は、冷媒配管２６Ｄを経て第２暖房用回路３５に導かれ、第２電磁弁３１を経て第２膨張弁３２を通過する過程で減圧されることにより気液二相状態となり、車外蒸発器３３に供給される。
【００３６】
車外蒸発器３３に供給された冷媒は、車外蒸発器３３で車外ファン３７により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱することで蒸発ガス化された後、逆止弁３４を経て吸入配管２６Ｅより電動圧縮機９に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返され、この暖房用ヒートポンプサイクル３５により、冷媒／クーラント熱交換器２８で加熱されたクーラントがクーラント循環回路５を介してヒータコア１０に循環され、該ヒータコア１０でブロア７から送風される外気または内気を加熱することによって、ヒートポンプ暖房運転が行われる。
【００３７】
このように、原形となる冷房用の冷凍サイクル２７の吐出配管（吐出回路）２６Ａに冷媒／クーラント熱交換器２８、車外凝縮器２１の入口側に設けられた三方切替え弁２９とレシーバ２２との間に第１暖房用回路３０、更にレシーバ２２の出口側と電動圧縮機２０の吸入側との間に第１電磁弁３１、第２膨張弁３２および車外蒸発器３３が設けられている第２暖房用回路３５等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクル３６を構成することができる。
【００３８】
［ヒートポンプ暖房（着霜後）］
上記のように、車外蒸発器３３を蒸発器として機能させ、外気から吸熱して暖房運転を行うと、低外気温時に、車外蒸発器３３の表面に着霜し、着霜が進むに連れて暖房能力が低下して行き、暖房不能に陥る虞がある。このため、本実施形態では、車外蒸発器３３に対して着霜が検知された場合、図５に示されるように、第１電磁弁２３を開、第２電磁弁３１を閉とし、車内蒸発器８を利用したヒートポンプ暖房サイクル３６に切替えるようにしている。
【００３９】
この場合、電動圧縮機２０から吐出されたホットガス冷媒は、着霜前の暖房運転時と同様、まず吐出配管２６Ａにより冷媒／クーラント熱交換器２８に導入され、ここで、クーラント循環回路５を循環するクーラントに放熱して凝縮される。この液冷媒は、三方切替え弁２９を介して第１暖房用回路３０に導かれ、逆止弁３９を経てレシーバ２２内に導入される。レシーバ２２でいったん貯留された冷媒は、冷媒配管２６Ｄ、第１電磁弁２３を経由して第１膨張弁２４に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器９に供給される。
【００４０】
車内蒸発器９において、ブロア７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２５、吸入配管２６Ｅを経由して電動圧縮機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。この間、車内蒸発器９で冷媒に吸熱されることによって冷却除湿された空気（内気）は、上記の如く車内蒸発器９の下流側に設置されているヒータコア１０で加熱され、デフ吹出し口１２、フェイス吹出し口１３およびフット吹出し口１４のいずれかから車内に吹出されることにより、車室内の暖房に供される。
【００４１】
このように、車外蒸発器３３に着霜した後は、車内蒸発器９を蒸発器として利用した除湿暖房運転に切替え、冷媒／クーラント熱交換器２８で加熱されたクーラントをヒータコア１０に循環させることによって、暖房運転を継続することができる。また、この車外蒸発器３３に着霜後の暖房運転は、除湿暖房運転となる。このため、窓の曇りを心配する必要がなく、内気循環モードに切替え、車内蒸発器９で温度の高い空気から吸熱することにより暖房能力を高めることができる。
【００４２】
［除霜（デフロスト）］
車外蒸発器３３を機能させて暖房運転しているときに、車外蒸発器３３に着霜した場合でも、直ちに除霜せず、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転に切替えることにより、そのまま暖房運転を継続するようにしている。このように、本実施形態では、暖房運転を中断した強制的な除霜運転は行わないようにしており、暖房運転を行いながら、以下によりデフロストするようにしている。
【００４３】
外気温が氷点下でない場合、自然風もしくは必要に応じて車外ファン３７を運転して車外蒸発器３３に外気を通風し、外気により自然デフロストを行い、除霜が完了した時点で車外蒸発器３３を用いた暖房運転に復帰させるようにしている。一方、外気温が氷点下の場合、自然デフロストが困難なため、図５に示されるように、車両駆動用機器４を冷却して昇温されたクーラントの一部を、クーラント循環回路５を介してラジエータ４０に循環させて外気に放熱し、その熱で加温された外気をラジエータ４０の下流側に設けられている車外蒸発器３３に吹き付けることにより、デフロストするようにしている。
【００４４】
このように、車外蒸発器３３に着霜したときには、車内蒸発器９に切替えて除湿暖房運転により暖房運転を継続しながら、車外蒸発器３３の着霜を自然デフロストまたはラジエータ４０からの放熱を利用してデフロストし、各々のデフロストが完了した時点で車外蒸発器３３を用いた暖房運転に復帰させることにより、その間に効率よく効果的にデフロストすることができる。
【００４５】
以上の各運転は、図６に示されている空調用制御装置５０を介して制御されるようになっている。この制御装置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を備えており、以下のセンサー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の運転制御を行うものである。
【００４６】
制御装置５０には、車両の適所に設置されている車内温度センサー（Ｔｒ）５３、外気温度センサー（Ｔａｍｂ）５４、日射センサー（Ｔｓ）５５、車速センサー５６の他、車両用空調装置１側の車内蒸発器９に設置されているフロストセンサー（ＦＳ）５７、車外蒸発器３３に設置されている車外蒸発器冷媒温度センサー（Ｔ１）５８、吐出配管２６Ａに設置されている高圧センサー（ＨＰ）５９、ヒータコア１０に設置されているヒータコア吹出し温度センサー（Ｔｃ）６０、クーラント温度センサー６１、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２等からの検出信号が入力されるようになっている。
【００４７】
制御装置５０は、上記各センサー５３−６２からの検出信号と、コントロールパネル５２および上位制御装置５１からの入力情報とに基づいて、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１５，１６，１７用のアクチエータ６３、内外気切替えダンパ６用のアクチエータ６４、温調ダンパ１１用のアクチエータ６５、ブロア６用のモータ６６、車外ファン３７用のモータ６７、電動圧縮機２０用のモータ６８、クーラントポンプ４１用のモータ６９、三方切替え弁２９用の電磁コイル７０、電磁弁２３，３１用の電磁コイル７１および三方制御弁４２用のモータ７２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っているものである。
【００４８】
以下に、この制御装置５０による車両用空調装置１の運転制御を、図７ないし図１２に示すフロー図を参照して説明する。
図７は、車両用空調装置１のメイン制御フロー図であり、制御が開始されると、まずステップ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、各センサー５３−６２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き、ステップＳ３において、目標吹出し温度Ｔｔａｒを算出し、ステップＳ４に移行する。ここで、除湿運転ありか否かが判定され、「ＹＥＳ」であれば、ステップＳ５に移行して「冷房運転制御」に入り、「ＮＯ」であれば、ステップＳ６に移行して「暖房運転制御」に入る。その後、ステップＳ７において、各センサー５３−６２の検出値を出力し、スタート点に戻る。
【００４９】
上記ステップＳ５において「冷房運転制御」に入ると、図８に示される冷房運転制御に移行される。冷房運転制御では、まずステップＳ１０において、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を車外凝縮器２１側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ１１において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が開、電磁弁３１が閉とされる。これによって、冷房用サイクル２７が設定される。
【００５０】
引き続き、ステップＳ１２において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ１３において、内外気切替えダンパ６の切替えによる吸込みモード、ステップＳ１４において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えによる吹出しモード、ステップＳ１５において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ１６において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ１７において、車外ファン３７の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチエータ６３−６８、７０，７１が駆動されることによって、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。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に戻り、冷房運転が継続される。
【００５１】
また、上記ステップＳ６において「暖房運転制御」に入ると、図９および図１１に示される暖房運転制御に移行される。暖房運転制御では、まずステップＳ２０において、外気温度Ｔａｍｂが、設定値ａ（例えば、ａは氷点の０℃）以上か否か（Ｔａｍｂ≧ａ）が判定され、「ＹＥＳ」の場合、ステップＳ２１に移行され、「ＮＯ」の場合、ステップＳ２２に移行される。ステップＳ２１においては、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ２３において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が閉、電磁弁３１が開とされる。これにより、冷媒を第２暖房用回路３５側、すなわち車外蒸発器３３に流す着霜前の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００５２】
その後、ステップＳ２４に移行され、ここで内外気切替えダンパ６が外気導入モードに決定され、ステップＳ２５に移行される。ステップＳ２５においては、車外蒸発器３３に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定は、車外蒸発器冷媒温度センサー５８の検出値Ｔ１と外気温度センサー５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ａ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ａ）で判定され、「ＹＥＳ」（着霜あり）と判定されると、ステップＳ２６に移行され、「ＮＯ」（着霜なし）と判定されると、ステップＳ２７に移行される。
【００５３】
着霜なしによりステップＳ２７に移行されると、ここで、電動圧縮機２０の回転数が決定され、更に、ステップＳ２８において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えるによる吹出しモード、ステップＳ２９において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ３０において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ３１において、車外ファン３７の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５−６８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）に戻り、暖房運転が継続される。
【００５４】
一方、ステップＳ２５で着霜ありと判定されてステップＳ２６に移行すると、「除霜運転制御」に入り、図１２に示されるように、除霜運転制御が実行される。
この除霜運転制御では、まずステップＳ８０において、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ８１において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が開、電磁弁３１が閉とされ、蒸発器が車内蒸発器９に切替えられた着霜後の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００５５】
引き続き、ステップＳ８２において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ８３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（この場合、内気循環モード）、ステップＳ８４において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えによる吹出しモード、ステップＳ８５において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ８６において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ８７において、車外ファン３７の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ６３−６８が駆動されることによって、車内温度が設定温度となるように、車内蒸発器９を用いた除湿暖房運転が実行される。
【００５６】
このように、除霜運転制御される間、空調装置１は除湿暖房運転され、この間に車外蒸発器３３に着霜していた霜は、自然風もしくは車外ファン３７を介して通風される外気によって自然にデフロストされる。そして、除霜運転制御が終了すると、Ｓ２（＝ステップＳ３２）に戻り、ここで、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２の検出値が、設定値ｂ以下か否か（Ｔｆ＜ｂ）が判定される。「ＹＥＳ」の場合は、デフロスト未完了と判断され、ステップＳ２６に戻り、除霜運転制御が継続される。また、「ＮＯ」の場合は、ステップＳ３３に移行して除霜運転制御が終了される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に戻って、暖房運転が継続されることになる。
【００５７】
一方、上記ステップＳ２０において、「ＮＯ」と判定され、ステップＳ２２に移行された場合、ここで、クーラント温度センサー６１により検出されたクーラントの温度（または水温）Ｔｗが、設定値ｃ以下か否か（Ｔｗ＜ｃ）が判定される。クーラントの温度Ｔｗが非常に高く、「ＮＯ」と判定されると、ステップＳ３４に移行され、車両駆動用機器４のエンジンがオフとされ、更にステップＳ３５でクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオフ、ステップＳ３６で電動圧縮機２０がオフとされる。続いて、ステップＳ３７で吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えによる吹出しモード、ステップＳ３８で温調ダンパ１１の開度、ステップＳ３９でブロア７の駆動電圧が決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５，６６が駆動される。これによって、排熱暖房が行われることになる。
【００５８】
また、ステップＳ２２で「ＹＥＳ」と判定されると、ステップＳ４０に移行され、クーラントの温度Ｔｗが、設定値ｄ以上か否か（Ｔｗ＞ｄ）が判定される。クーラントの温度Ｔｗが非常に低く、「ＮＯ」と判定されると、ステップＳ４１に移行され、設定値ｄ以上の場合、「ＹＥＳ」と判定され、ステップＳ４２に移行される。ステップＳ４２では、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ４３において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が閉、電磁弁３１が開とされ、これにより、冷媒を車外蒸発器３３に流す着霜前の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００５９】
その後、ステップＳ４４に移行され、ここで、内外気切替えダンパ６が外気導入モードと決定され、ステップＳ４５に移行される。ステップＳ４５では、車外蒸発器３３に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定は、車外蒸発器冷媒温度センサー５８の検出値Ｔ１と外気温度センサー５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ｅ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ｅ）で判定され、「ＹＥＳ」（着霜あり）と判定されると、ステップＳ４６に移行され、「ＮＯ」（着霜なし）と判定されると、ステップＳ４７に移行される。
【００６０】
ステップＳ４５で着霜なしと判定され、ステップＳ４７に移行すると、ここで、車両駆動用機器４のエンジンがオフとされ、更にステップＳ４８でクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオフとされる。続いて、ステップＳ４９において、電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ５０において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えるによる吹出しモード、ステップＳ５１において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ５２において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ５３において、車外ファン３７の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５−６８が駆動されることによって、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）に戻り、暖房運転が継続される。
【００６１】
また、ステップＳ４５で着霜ありと判定され、ステップＳ４６に移行すると、ここで、車両駆動用機器４のエンジンがオンとされ、更にステップＳ５４でクーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオンとされる。その後、ステップＳ５５に移行して、「除霜運転制御」に入り、図１２の通り除霜運転制御が実行される。なお、この除霜運転制御は、上述した通りであり、説明は省略する。一方、この除霜運転制御の間は、車両駆動用機器４のエンジンおよびクーラントポンプ４１がオンとされているため、エンジンの排熱で温度上昇されたクーラントがラジエータ４０に循環され、外気に放熱される。従って、その熱で加熱された温風を利用して車外蒸発器３３の霜を効率よくデフロストすることができる。
【００６２】
除霜運転制御が終了すると、Ｓ２（＝ステップＳ５６）に戻り、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２の検出値が、設定値ｂ以下か否か（Ｔｆ＜ｂ）が判定される。「ＹＥＳ」と判定された場合、デフロスト未完了と判断され、ステップＳ５５に戻って、除霜運転制御が継続される。また、「ＮＯ」と判定された場合、ステップＳ５７に移行して除霜運転制御が終了される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続されることになる。
【００６３】
さらに、上記ステップＳ４０において、クーラントの温度Ｔｗが非常に低く、「ＮＯ」と判定されてステップＳ４１に移行された場合、ここで、車両駆動用機器４のエンジンがオンとされ、続くステップＳ５８で、クーラントポンプ（ウォーターポンプ）４１がオンとされる。次いで、ステップＳ５９において、三方切替え弁２９の流路が決定され、冷媒を第１暖房用回路３０側に流す回路に接続される。更にステップＳ６０において、電磁弁の開閉が決定され、電磁弁２３が閉、電磁弁３１が開とされる。これにより、冷媒を車外蒸発器３３に流す着霜前の暖房用ヒートポンプサイクル３６が設定される。
【００６４】
その後、ステップＳ６１に移行され、ここで、内外気切替えダンパ６が外気導入モードと決定され、ステップＳ６２に移行される。ステップＳ６２では、車外蒸発器３３に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定は、車外蒸発器冷媒温度センサー５８の検出値Ｔ１と外気温度センサー５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ｅ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ｅ）で判定される。「ＹＥＳ」（着霜あり）と判定されると、ステップＳ６３に移行され、「ＮＯ」（着霜なし）と判定されると、ステップＳ６４に移行される。
【００６５】
ステップＳ６２で着霜なしと判定され、ステップＳ６４に移行すると、ここで、電動圧縮機２０の回転数が決定される。続いて、ステップＳ６５において、吹出しモード切替えダンパ１５，１６，１７の切替えるによる吹出しモード、ステップＳ６６において、温調ダンパ１１の開度、ステップＳ６７において、ブロア７の駆動電圧、ステップＳ６８において、車外ファン３７の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ６３，６５−６８が駆動されることによって、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）に戻り、暖房運転が継続される。
【００６６】
また、ステップＳ６２で着霜ありと判定されると、ステップＳ６３に移行して「除霜運転制御」に入り、図１２の通り除霜運転制御が実行される。この除霜運転制御は、上述した通りであり、説明は省略する。一方、この除霜運転制御の間は、車両駆動用機器４のエンジンおよびクーラントポンプ４１がオンとされているため、エンジンの排熱により温度上昇されたクーラントがラジエータ４０に循環され、外気に放熱される。従って、その熱で加熱された温風を利用して車外蒸発器３３の霜を効率よく除霜することができる。
【００６７】
除霜運転制御が終了すると、Ｓ２（＝ステップＳ６９）に戻り、車外蒸発器フィン温度センサー（Ｔｆ）６２の検出値が、設定値ｂ以下か否か（Ｔｆ＜ｂ）が判定される。「ＹＥＳ」と判定された場合、デフロスト未完了と判断され、ステップＳ６３に戻って、除霜運転制御が継続される。また、「ＮＯ」と判定された場合、ステップＳ７０に移行して除霜運転制御が終了される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続されることになる。
【００６８】
斯くして、本実施形態によると、以下の作用効果が奏される。
本実施形態のヒートポンプ式車両用空調装置１によれば、ブロア７からの空気流路８中に車内蒸発器９、ヒータコア１０および温調ダンパ１１等が順次配設され、車内蒸発器９およびヒータコア１０で温調された空気をその下流側に設けられている複数の吹出し口のいずれかから車内に吹出して車室内を空調するＨＶＡＣユニット２として、現行のガソリン車用の空調装置に適用されているＨＶＡＣユニットを略同一構成のまま適用することができる。
【００６９】
さらに、現行のガソリン車用の空調装置に適用されている電動圧縮機２０、車外凝縮器２１、レシーバ２２、第１膨張弁２４およびＨＶＡＣユニット２内に設けられた車内蒸発器９等からなる冷房用の冷凍サイクル２７に対し、冷媒／クーラント熱交換器２８、第１暖房用回路３０、第２膨張弁３２および車外蒸発器３３を備えた第２暖房用回路３５等の最小限の暖房用回路および機器を接続することにより、圧力条件が同一となる冷媒回路および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクル３６を構成することができる。
【００７０】
このため、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様のヒートポンプおよびＨＶＡＣユニットを新たに開発することなく、ガソリン車に適用されている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる冷媒回路や機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調装置１を提供することができる。
【００７１】
また、暖房用ヒートポンプサイクル３６は、低外気温時、車外蒸発器３３に着霜した場合に、第２暖房用回路３５側への冷媒流れを遮断して車内蒸発器９側に冷媒を流し、車内蒸発器８を利用した除湿暖房に切替え可能とされている。このため、車外蒸発器３３に対する着霜時には、蒸発器を車内蒸発器８側に切替えることにより、そのまま効率のよいヒートポンプ暖房運転を継続することができ、従って、暖房運転中に除霜運転に切替えることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消することができる。
【００７２】
さらに、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転に切替えられた時、内気循環モードで運転されるようにしているため、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転時、比較的温度の高い車内空気を熱源としてヒートポンプ暖房運転を行うことができ、従って、暖房能力を十分に確保することができる。また、通常、低外気温時には、窓の曇りを防止するために外気導入モードにより暖房運転しているが、車内蒸発器９を利用した除湿暖房運転とすることによって、内気循環モードとしても窓曇りを防止することができる。
【００７３】
また、冷媒／クーラント熱交換器２８は、電動圧縮機２０から吐出されるホットガス冷媒と、クーラント循環回路５を循環するクーラントとが常時熱交換可能な構成とされているため、暖房運転中だけでなく、冷房運転中や除湿運転中でも常にヒータコア１０に高温のクーラントを循環させながら運転することができる。従って、最大冷房運転時に、コントローラ側から急に吹出し温度変更指令が出された場合でも、温調ダンパ１１で温調制御することにより瞬時に目標の吹出し温度に制御することが可能であり、温調制御の応答性を確保することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、車外蒸発器３３を、車外凝縮器用車外ファン３７の通風路中の車外凝縮器２１および／またはクーラント循環回路５に接続されている放熱用のラジエータ４０の下流側に配設した構成としており、冬期の降雪時や積雪時等にも、車外蒸発器３３に対する雪の付着や堆積等を車外凝縮器２１および／またはラジエータ４０によってブロックし、低減することができる。このため、雪の付着や堆積による車外蒸発器３３の凍結を防止することができるとともに、車外蒸発器３３による熱交換性能を確保し、暖房性能を向上することができる。加えて、ラジエータ４０から放熱がある場合には、その熱を車外蒸発器３３で吸熱することにより、暖房能力の一層の向上を図ることができる。
【００７５】
さらに、暖房用ヒートポンプサイクル３６による暖房時、車外蒸発器３３に対して着霜が検知されたとき、第２暖房用回路３５側への冷媒流れを遮断して車内蒸発器９側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、車外蒸発器３３を外気によって自然デフロストし、外気温度が所定値以下の場合、ラジエータ４０にクーラント循環回路５を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱を利用して車外蒸発器３３をデフロストするようにしている。
【００７６】
このため、低外気温下の暖房運転時において、車外蒸発器３３に対して着霜が検知された場合、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器４の排熱を利用してクーラントの温度を上昇させ、暖房性能を高めることができるとともに、ラジエータ４０からその一部を放熱させ、加熱された温風を利用して車外蒸発器３３を効率よく効果的に除霜することができる。従って、車両駆動用機器４の排熱を有効に利用して暖房および除霜を行うことができ、省動力化を図ることができる。
【００７７】
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、上記実施形態では、第１膨張弁２４および第２膨張弁３２の入口側に、それぞれ第１電磁弁２３および第２電磁弁３１を設けているが、これらの第１電磁弁２３と第１膨張弁２４および第２電磁弁３１と第２膨張弁３２は、それぞれが一体化された電磁開閉弁付き温度式自動膨張弁を用いた構成としてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、吹出しモード切替えダンパが、デフダンパ１５、フェイスダンパ１６およびフットダンパ１７からなる３ダンパ方式とされているが、デフダンパ１５およびフェイスダンパ１６を１つのダンパで兼用化し、該ダンパとフットダンパ１７との２ダンパ方式としてもよい。さらに、上記実施形態では、クーラント循環回路５に三方制御弁４２を設けた構成としているが、この三方制御弁４２は、パラフィンワックス等が充填されたサーモエレメントにより、クーラントの温度に応答して流量割合を自動調整するサーモスタット弁としてもよく、この場合、制御装置５０による弁の制御は不要となる。
【符号の説明】
【００７９】
１ ヒートポンプ式車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
４ 車両駆動用機器
５ クーラント循環回路
９ 車内蒸発器
１０ ヒータコア
１２ デフ吹出し口
１３ フェイス吹出し口
１４ フット吹出し口
２０ 電動圧縮機
２１ 車外凝縮器
２２ レシーバ
２４ 第１膨張弁
２６Ａ 吐出回路（吐出配管）
２７ 冷房用冷凍サイクル
２８ 冷媒／クーラント熱交換器
２９ 三方切替え弁（切替え手段）
３０ 第１暖房用回路
３２ 第２膨張弁
３３ 車外蒸発器
３５ 第２暖房用回路
３６ 暖房用ヒートポンプサイクル
３７ 車外ファン
４０ ラジエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車内蒸発器およびヒータコアを備え、前記車内蒸発器および前記ヒータコアにより温調された空気をその下流側に設けられている複数の吹出し口のいずれかから車内に吹出して車室内を空調するＨＶＡＣユニットと、
前記ヒータコアに対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器を冷却するクーラントを循環可能なクーラント循環回路と、
電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、前記車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、
前記電動圧縮機の吐出配管に設けられ、ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路内を循環する前記クーラントとを熱交換する冷媒／クーラント熱交換器と、
前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、
前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、
前記電動圧縮機、前記冷媒／クーラント熱交換器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路により暖房用のヒートポンプサイクルが構成され、前記冷媒／クーラント熱交換器で加熱された前記クーラントを前記ヒータコアに循環可能とし、
前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、該車内蒸発器を利用した除湿暖房に切替え可能とされていることを特徴とするヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項２】
前記冷媒／クーラント熱交換器は、前記電動圧縮機から吐出される前記ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路を循環する前記クーラントとが常時熱交換可能な構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項３】
前記車外蒸発器は、前記車外凝縮器用車外ファンの通風路中の前記車外凝縮器および／または前記クーラント循環回路に接続されている放熱用のラジエータの下流側に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項４】
前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、前記車外蒸発器を外気により自然除霜し、外気温度が所定値以下の場合、前記ラジエータに前記クーラント循環回路を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱により前記車外蒸発器を除霜可能な構成としていることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項１】
車内蒸発器およびヒータコアを備え、前記車内蒸発器および前記ヒータコアにより温調された空気をその下流側に設けられている複数の吹出し口のいずれかから車内に吹出して車室内を空調するＨＶＡＣユニットと、
前記ヒータコアに対して、エンジン、モータおよびインバータ等の車両駆動用機器を冷却するクーラントを循環可能なクーラント循環回路と、
電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、前記車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、
前記電動圧縮機の吐出配管に設けられ、ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路内を循環する前記クーラントとを熱交換する冷媒／クーラント熱交換器と、
前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、
前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、
前記電動圧縮機、前記冷媒／クーラント熱交換器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路により暖房用のヒートポンプサイクルが構成され、前記冷媒／クーラント熱交換器で加熱された前記クーラントを前記ヒータコアに循環可能とし、
前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、該車内蒸発器を利用した除湿暖房に切替え可能とされていることを特徴とするヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項２】
前記冷媒／クーラント熱交換器は、前記電動圧縮機から吐出される前記ホットガス冷媒と前記クーラント循環回路を循環する前記クーラントとが常時熱交換可能な構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項３】
前記車外蒸発器は、前記車外凝縮器用車外ファンの通風路中の前記車外凝縮器および／または前記クーラント循環回路に接続されている放熱用のラジエータの下流側に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項４】
前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房時、前記車外蒸発器に対して着霜が検知されたとき、前記第２暖房用回路側への冷媒流れを遮断して前記車内蒸発器側に冷媒を流通させ、暖房を継続するとともに、外気温度が所定値以上の場合、前記車外蒸発器を外気により自然除霜し、外気温度が所定値以下の場合、前記ラジエータに前記クーラント循環回路を介して昇温されたクーラントを循環させて外気に放熱させ、その熱により前記車外蒸発器を除霜可能な構成としていることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６２１４９（Ｐ２０１２−１６２１４９Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１６２（Ｐ２０１１−２３１６２）
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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