自動車の吸放熱システムおよびその制御方法
【課題】エンジンの動作如何に関わらず、エンジン系、ＨＶ系、車室に対して熱の授受を実施できる多様な動作モードを提供すること。
【解決手段】圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、冷却水と冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器３３と、第２の四方弁４１と、第２の膨張弁４３を設置し、第１の四方弁４０は圧縮機３０と外気熱交換器３１との間に冷媒流路を形成し、第２の四方弁４１は外気熱交換器３１と車室内熱交換器３４との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、外気熱交換器３１と第２の四方弁４１の間に配置された第１の膨張弁４２は開度制御され、水／冷媒熱交換器３３と車室内熱交換器３４の間に配置された第２の膨張弁４３は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードを選択する。
【解決手段】圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、冷却水と冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器３３と、第２の四方弁４１と、第２の膨張弁４３を設置し、第１の四方弁４０は圧縮機３０と外気熱交換器３１との間に冷媒流路を形成し、第２の四方弁４１は外気熱交換器３１と車室内熱交換器３４との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、外気熱交換器３１と第２の四方弁４１の間に配置された第１の膨張弁４２は開度制御され、水／冷媒熱交換器３３と車室内熱交換器３４の間に配置された第２の膨張弁４３は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と熱交換器を有するヒートポンプサイクルを備えた自動車のの吸放熱システムに係わり、特に、吸放熱サイクルの組み合わせのバリエーションに多様性をもたせた吸放熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における傾向として一般的に、自動車は省燃費が求められ、さらに、排出ガスの規制強化がなされているため、駆動源としてハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が本格的に普及するようになってきている。
【０００３】
ＨＥＶでは家庭用電源によって夜間充電するプラグイン方式が採用されると、充電電力を自動車動力として利用することになるので、エンジン（内燃機関）の使用頻度を低下させることに繋がることとなる。また、ＨＥＶにおけるモータの制御に用いられるインバータについて、素子からの放熱のためにハイブリッド冷却系統が設けられているが、このハイブリッド冷却系統はエンジン冷却系統と別に設けられてきたが、ＳｉＣに代表される耐高温インバータ素子の開発によって冷却系統の一元化を図る動きがある。
【０００４】
自動車用のカーエアコンにおける従来技術としては、ＨＥＶやエンジンの排熱を利用したヒートポンプシステムが、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、エンジンが駆動されるとエンジンで加熱された冷却水を循環ポンプによってラジエータに循環させ、車室外送風機でラジエータに空気を送り、冷却水に蓄えられた熱を廃熱してエンジンに循環することで、エンジンを所定温度に維持するとともに、冷却水によって加熱された冷媒を室内熱交換器に循環する、あるいは、冷却水を室内熱交換器に循環させ、室内送風機で送風することにより、車室内を暖房することが開示されている。冷媒回路中を流れる冷媒と、ラジエータ水と、冷却風とを相互に熱交換可能とすることが特許文献１における主要な特徴となっている。
【特許文献１】特開２００４−２７８９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的なカーエアコンでは、車室内暖房にエンジンの排熱を利用しているが、車室の暖房を行うためにエンジンを起動することとなり燃費が悪化するという課題が生じる。この対策としてヒートポンプによる暖房が考えられるが、この場合には空気が熱源となって熱交換器に着霜現象が生じてしまい、除霜のための特別なエネルギーを必要とすることとなる。
【０００６】
また、エンジンが冷間で起動するとそのときにＮＯｘが排出され、排ガスクリーン化の観点で課題が生じる。さらに、ＨＥＶにおいて、プラグイン方式での外部電源を用いた充電時に、バッテリの性能、寿命を維持するためにバッテリの温度管理を行うことが求められる。さらに、エンジンの冷却にはエンジン駆動で動作するポンプが用いられているが、このエンジン冷却水系にはフェールセーフを設けることが必要である。
【０００７】
また、上記特許文献１に示すような開示技術では、冷房時の蒸発器と暖房時の凝縮器という２つの熱交換器を設置する必要があり、これらの熱交換器への配管の敷設が複雑となっており、さらに、引用文献１ではラジエータ水からの廃熱エネルギーを利用しているとは云え、吸放熱サイクルの組み合わせ手法が限定的にしか開示されておらず、吸放熱サイクルを種々組み合わせることのできるようなバリエーション豊富な吸放熱システムを提供する配慮に欠けている。
【０００８】
本発明は、車室内部、ＨＥＶの電気系統、エンジン系統における温度レベルの異なる各構成要素間の熱の授受や、外気との熱の授受を、エンジンの動作如何に関わらず任意に可能とし、多機能で高信頼性のある吸放熱システム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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器を有するヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系を有するエンジン系統と、を備えた自動車の吸放熱システムにおいて、
エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置し、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器をつなぐ管路上に配置し、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器つなぐ管路上に配置し、
前記第１の膨張弁は前記外気熱交換器と第２の四方弁つなぐ管路上に配置し、前記第２の膨張弁は前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器つなぐ管路上に配置し、
前記第１の四方弁と前記第２の四方弁により冷媒流路を切り替え、さらに、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁を全開または開度制御することによって、車室内の冷房又は暖房と、エンジン又はモータを含む機器の冷却又は加熱と、を組み合わせた動作モードを選択可能とする構成とする。
【００１０】
また、前記自動車の吸放熱システムにおいて、前記動作モードは、車室冷房・機器冷却（冷房優先）サイクル、車室冷房・機器冷却（冷却優先）サイクル、車室暖房・機器冷却サイクル、車室冷房・機器加熱サイクル、車室暖房・機器加熱（暖房優先）サイクル、車室暖房・機器加熱（加熱優先）サイクルのいずれかを形成する構成とする。
【００１１】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードを選択すること。
【００１２】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷却優先）の動作モードを選択すること。
【００１３】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室暖房・機器冷却の動作モードを選択すること。
【００１４】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室冷房・機器加熱の動作モードを選択すること。
【００１５】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（暖房優先）の動作モードを選択すること。
【００１６】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（加熱優先）の動作モードを選択すること。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ヒートポンプサイクルの冷媒とエンジン等の機器の冷却水との熱交換を行う水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁とを設置して、冷媒系統を適宜に切り替え制御し、膨張弁を開度制御することによって、エンジンの動作如何に関わらず、エンジン系、モータなどの電気駆動系（ＨＶ系）、車室に対して熱の授受を実施できる多様な動作モードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る自動車の吸放熱システムについて、図１〜図１２を用いて以下説明する。
【００１９】
図面において、１は自動車、２は車室、３はエンジン、４はスロットルボディ、５はバッテリ、６はラジエータ、７はインバータ、８はモータ、９はジェネレータ、１０はエンジン駆動ポンプ、１１は動力伝達手段、１２は逆止弁１、１３は電動ポンプ、１４は逆止弁２、１５はファン、１７はヒータコア、１８は電動ポンプ２（図１０、図１２）、３０は圧縮機、３１は外気熱交換器、３３は水／冷媒熱交換器、３４は室内熱交換器、３５はバッテリ室熱交換器、３６は圧縮機インバータ（図７）、４０は第１の四方弁、４１は第２の四方弁、４２は第１の膨張弁、４３は第２の膨張弁、４４〜４９は二方弁、５０，５５，６０，６２，６３はダクト、５１，６１はファン、５２，５３，５４，６４，６５はダンパ、１０１〜１０７は冷媒配管、２００，２０２，２０４，２１０，２１２，２２０は冷却水配管、２１５，２１６，２１７は三方弁、３００はサイクル制御装置、３０１は外気温度センサ、３０２は冷却水温度センサ、３０３はバッテリ温度センサ、３０４はバッテリ温度上限値、３０５はバッテリ温度下限値、３０６は車室温度センサ、３０７はハイブリッドシステムコントローラ、３０８はエンジンコントローラ、３０９はバッテリコントローラ、３１０は空調設定入力手段、３１１は暖気設定入力手段、３１２はタイマ、をそれぞれ表す。
【００２０】
本発明の実施形態に係る吸放熱システムについて、図１〜図９を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）を説明する図である。図２は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷却優先）を説明する図である。図３は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器冷却サイクルを説明する図である。図４は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器加熱サイクルを説明する図である。図５は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）を説明する図である。図６は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）を説明する図である。
【００２１】
また、図７は本実施形態に係る吸放熱システムにおけるヒートポンプサイクルで用いられる構成要素を表す図である。図８は本実施形態に係る吸放熱システムの各動作モードにおける熱交換器の役割とバルブの状態を表す図である。図９は本実施形態に係る吸放熱システムにおける電動ポンプとエンジン駆動ポンプの動作状態を表す図である。
【００２２】
また、図１０は本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする一の構成例を示す図である。図１１は本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする他の構成例を示す図である。図１２は本発明の実施形態に係る吸放熱システムでエンジン冷却水系統のみの構成例を示す図である。
【００２３】
まず、本発明の実施形態について概略的に説明すると、エンジン系とＨＶ系を有し、車室内の冷房と暖房のモードを実施でき、さらにエンジン（又はエンジン冷却水）、バッテリ、モータやインバータ、などの機器を冷却または加熱するモードを実施でき、これらの冷房、暖房、冷却、加熱の各モードを組み合わせた各種動作モード（具体的には、図１〜図６にそれぞれ示す動作モード、図８に示す６つの動作モード）を切り替え可能とするために、エンジン冷却水系統とＨＶ冷却水系とを備え、その冷却水系統のラジエータと、ヒートポンプシステムの圧縮機と、車室熱交換器と、外気熱交換器と、膨張弁と、四方弁と、を基本的構成として備え、さらに、電動ヒートポンプサイクルに冷媒と冷却水の熱交換を行う水／冷媒熱交換器を設け、この水／冷媒熱交換器の機能を蒸発器または凝縮器に変更（放熱または吸熱に変更）できるように、四方弁と膨張弁について第１と第２の２つの弁をそれぞれ設けて冷媒流路を切り替え、膨張弁の開度を制御しようとするものである。
【００２４】
また、冷却水系において、電動ポンプとエンジン駆動ポンプを並列に設置し、エンジンが動作しているか否かに関わらず冷却水を通水可能とすることで冷却水系のフェールセーフを確保するものである。
【００２５】
次に、図１に示す車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）の吸放熱システムについて説明すると、図１の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、外気熱交換器３１、第１膨張弁４２、第２四方弁４１、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２膨張弁４３、水／冷媒熱交換器３３、第２四方弁４１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で冷房・冷却サイクルが形成されており、外気熱交換器３１で放熱、車室熱交換器３４で吸熱（第１膨張弁４２後の蒸発作用で車室冷房）、水／冷媒熱交換器３３で吸熱（第２膨張弁４３後の蒸発作用で水冷却）されるのである。さらに、エンジン３、インバータ７の冷却水が水／冷媒熱交換器３３で冷却され、さらに、バッテリ熱交換器３５でバッテリ５が冷却されるシステムを構成している。
【００２６】
そして、このシステムの構成として、第１膨張弁４２の直後の第２四方弁４１の流路切り替えによって、第１膨張弁４２を通る冷媒は、まず、車室熱交換器３４で熱交換されて車室２を冷房することとなる。すなわち、車室の冷房が優先されるのである。次いで、冷媒は第２膨張弁４３で絞られた後に水／冷媒熱交換器３３で熱交換されてエンジン及び／又はインバータ（モータ）冷却水を冷却することとなる。
【００２７】
また、バッテリ５の冷却について説明すると（バッテリ温度が上限値を超える場合）、車外からダンパ６５を介して空気を取り入れ、又は車室からの冷房された空気を取り入れて、バイパス弁４９を開き、バッテリ熱交換器３５を稼動させて熱交換し、熱交換されて冷却された空気をファン６１を通してバッテリ５に供給し、バッテリを冷却する。さらに、バッテリ熱交換器３５で冷却された空気通路中に車室内と連通するダンパ６４を図示の位置に設け、ダンパ６４を適宜に開くことによって車室内を冷房することもできる（バッテリの温度を検知し、バッテリ冷却の必要性と関連させて車室冷房を制御することができる）。
【００２８】
また、ヒータコア１７は、エンジン及び／又はインバータ（モータ）循環水をフィン付き配管に流して空気を加熱するものであり、車室熱交換器３４で熱交換されて冷却された空気とミックスされて最適温度を作り出す。ヒータコア１７の入出口側にそれぞれダンパ５２，５３が設けられていてその開度が制御されるようになっている。また、図１に示された、三方弁、二方弁、冷媒配管、冷却水配管などの各構成要素は、図示されたように配置されていて、それぞれの機能を果たすものである。
【００２９】
繰り返して、図１に示す車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）の吸放熱システムについて説明すると、車室２内を冷房する必要があり、且つエンジン３等駆動系が高負荷（高出力）時において、冷却水温度が上昇した場合に、ヒートポンプで冷却水の冷却を行うものである。また、バッテリ５の温度が管理上限を超える、あるいは超えると予想される場合には、バイパス弁４９を開きバッテリ５への供給空気を冷却する。
【００３０】
エンジン３の駆動系の負荷に応じてバイパス弁４７（水／冷媒熱交換器３３をバイパスする弁であるが、必ずしも必須の構成要素ではない）、三方弁２１６（ラジエータ６と水／冷媒熱交換器３３とを結ぶ弁）の開度を調整し、水と冷媒間の熱交換量を制御する。
【００３１】
バイパス弁４７の開度調整は、エアコンなどで行われる圧縮機吸込のスーパーヒート制御に対しても用いることが可能である。また、バイパス弁４４（第１膨張弁４２をバイバスする弁）、バイパス弁４５（第２膨張弁４３をバイバスする弁）は無くても良いが、膨張弁４２，４３の抵抗が大きい場合には、抵抗係数の小さいバルブ４４，４５を並列に置くことで膨張弁を用いない場合にも流量を確保できる。なお、図面で黒塗りの弁４４は閉状態を表す。
【００３２】
ヒータコア１７（例、車室内への送風路中に配されたフィン付き配管）は、車室２内の温度をあまり下げず、除湿を行いたい場合に車室熱交換器３４で冷却除湿された空気を再加熱するのに用いる。その際の再加熱量は前後のダンパ５２，５３で制御される。
【００３３】
次に、図２に示す車室冷房・機器冷却サイクル（冷却優先）の吸放熱システムについて説明すると、図２の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、外気熱交換器３１、第１膨張弁４２、第２四方弁４１、水／冷媒熱交換器３３、第２膨張弁４３、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２四方弁４１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で冷房・冷却サイクルが形成されており、外気熱交換器３１で放熱、水／冷媒熱交換器３３で吸熱（第１膨張弁４２後の蒸発作用で水冷却）、車室熱交換器３４で吸熱（第２膨張弁４３後の蒸発作用で車室冷房）されるのである。その他の各構成要素の構成ならびに配置は、図１と同様である。
【００３４】
そして、図２に示すシステムの構成として、第１膨張弁４２の直後の第２四方弁４１の流路切り替えによって、第１膨張弁４２を通る冷媒は、まず、水／冷媒熱交換器３３で熱交換されてエンジン及び／又はインバータ（モータ）冷却水を冷却することとなる。すなわち、水／冷媒熱交換器３３での冷却が優先される。次いで、冷媒は第２膨張弁４３で絞られた後に車室熱交換器３４で熱交換されて車室２を冷房することとなる。
【００３５】
図２に示す吸放熱システムは、車室内を冷房する必要があり、且つエンジン駆動系が高負荷（高出力）時で、冷房負荷が小さいなどの際に、より冷却水冷却を優先する場合に用いる。また、バッテリ温度が管理上限を超える、あるいは超えると予想される場合には、バイパス弁６を開きバッテリへの供給空気を冷却する。
【００３６】
駆動系の負荷に応じてバイパス弁４７（水／冷媒熱交換器３３をバイパスする弁）、三方弁２１６の開度を調整し、水と冷媒間の熱交換量を制御する。この場合、圧縮機吸込スーパーヒートはバイパス弁４８の開度でも制御可能である。バイパス弁４４，４５は無くても良いが、膨張弁４２，４３の抵抗が大きい場合には、抵抗係数の小さいバルブを並列に置くことで効果がある。
【００３７】
また、ヒータコア１７は、車室内の温度をあまり下げず、除湿を行いたい場合に車室熱交で冷却除湿された空気を再加熱するのに用いる。再加熱量は前後のダンパ５２，５３で制御される。
【００３８】
次に、図３に示す車室暖房・機器冷却サイクルの吸放熱システムについて説明すると、図３に示す吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、第２四方弁４１、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２膨張弁４３、水／冷媒熱交換器３３、第１膨張弁４２、外気熱交換器３１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室暖房・機器冷却サイクルが形成されており、車室熱交換器３４で放熱（車室暖房）、第２膨張弁４３により水／冷媒熱交換器３３で吸熱（冷却水冷却）、外気熱交換器３１で吸熱されるのである。その他の各構成要素の構成ならびに配置は、図１と同様である。
【００３９】
そして、図３に示すシステムの構成として、ダンパ５４、ファン５１、車室熱交換器３４によって車室を暖房するとともに、ダンパ５２，５３を通る空気でヒータコア１７によって車室暖房することができる。また、第２膨張弁４３を通る冷媒は、水／冷媒熱交換器３３で熱交換されてエンジン及び／又はインバータ（モータ）冷却水を冷却することとなる（三方弁２１６で冷却水を水／冷媒熱交換器３３に流入させて冷却水を冷却する）。すなわち、車室暖房・機器冷却サイクルを形成している。
【００４０】
図３に示す吸放熱システムは、車室内を暖房する必要があり、且つエンジン等駆動系を冷却したい場合に、冷却水を熱源としたヒートポンプ運転を行い、車室内を暖房する。暖房運転サイクルにおいて、外気熱交換器３１の着霜の防止にはバイパス弁４６を制御し、冷却水温度制御はバイパス弁４７を制御して行う。バイパス弁４６は圧縮機吸込のスーパーヒートの制御にも利用可能である。
【００４１】
次に、図４に示す車室冷房・機器加熱サイクルの吸放熱システムについて説明すると、図４に示す吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、外気熱交換器３１、第１膨張弁４２、第２四方弁４１、水／冷媒熱交換器３３、第２膨張弁４３、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２四方弁４１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室冷房・機器加熱サイクルが形成されており、外気熱交換器３１で放熱、水／冷媒熱交換器３３で放熱（冷却水を加熱）、第２膨張弁４３（バイパス弁４５は閉）により車室熱交換器３４で吸熱（車室冷房）されるのである。その他の各構成要素の構成ならびに配置は、図１と同様である。
【００４２】
そして、図４に示すシステムの構成は、車室内を冷房する必要があり、且つエンジンを加熱したい場合に採用される。加熱された冷却水は電動ポンプ１３で循環し、エンジン３の保温を行う。加熱量、冷却水温度の制御はバイパス弁４６、三方弁２１６で制御される。また、三方弁２１５により冷却水はラジエータ６をバイパスさせるのが良い。
【００４３】
図４のシステムは、プラグイン方式における充電中のバッテリ５の冷却や、車室内冷房、暖機を想定したものである。充電時にバッテリ冷却のため、車室と外気の内で温度が低い方から吸い込むようにダンパ６５を開閉する。吸い込んだ空気をバッテリ熱交換器３５で冷却する場合で、サイクルに余裕があればダンパ６４を用いて冷却空気を車室内に提供して予冷房することが可能である。また、車室内の温度あまり下げず、除湿を行いたい場合に、車室熱交換器３４で冷却・除湿された空気をヒータコア１７で再加熱することも可能である。
【００４４】
次に、図５に示す車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）の吸放熱システムについて説明すると、図５の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、第２四方弁４１、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２膨張弁４３、水／冷媒熱交換器３３、第１膨張弁４２、外気熱交換器３１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）が形成されており、車室熱交換器３４で放熱（車室暖房）、水／冷媒熱交換器３３で放熱（冷却水を加熱）、外気熱交換器３１で吸熱される。ここで、車室熱交換器３４が水／冷媒熱交換器３３より圧縮機３０側に設置されているので、車室熱交換器３４の放熱（暖房）が優先される。
【００４５】
そして、このシステムの構成は、車室内を暖房する必要があり、且つエンジンを加熱するサイクルを形成する場合に採用される。水／冷媒熱交換器３３によって加熱された冷却水は電動ポンプ１３で循環し、エンジン３の保温を行う。また、プラグイン方式における充電中のバッテリの加熱（低温時等）や、車室内暖房と暖機を想定したもので、冷却水温度がある程度上昇し、車室内の暖房を優先するような場合の運転方法である。また、バッテリ５の検知温度によりダンパ６５を開閉することで、取り入れ空気を外気か車室かを選択する。さらに、バッテリ温度が基準以下まで冷えている場合には、入口空気をバッテリ熱交換器３５で加熱してもよい。
【００４６】
次に、図６に示す車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）の吸放熱システムについて説明すると、図６の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、第２四方弁４１、水／冷媒熱交換器３３、第２膨張弁４３、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２四方弁４１、第１膨張弁４２、外気熱交換器３１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）が形成されており、水／冷媒熱交換器３３で放熱（冷却水を加熱）、車室熱交換器３４で放熱（車室暖房）、外気熱交換器３１で吸熱される。ここで、水／冷媒熱交換器３３が車室熱交換器３４より圧縮機３０側に設置されているので、水／冷媒熱交換器３３の放熱（加熱）が優先している。
【００４７】
そして、このシステムの構成は、車室内を暖房する必要があり、且つエンジンを加熱するサイクルを形成する場合に採用される。水／冷媒熱交換器３３によって加熱された冷却水は電動ポンプ１３で循環し、エンジン３の保温を行う（エンジン冷間起動時における排ガスのクリーン化を図ることができる）。また、図６に示すシステムは、プラグイン方式における充電中のバッテリ５の冷却や、車室内暖房、暖機を想定したものであり、車室内温度がある程度上昇し、エンジンを加熱するために冷却水の加熱を優先するような場合の運転方法である。
【００４８】
次に、図７には、本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける各構成要素とこれらの検知量をもとに制御するためのサイクル制御装置とを示している。
【００４９】
本実施形態に係る吸放熱システムの制御態様について、図７を参照しながらその概略を説明する。図７に示す、例えば、四方弁１（４０）、四方弁２（４１）、膨張弁１（４２）、膨張弁２（４３）、切替ダンパ１（５２）は、図１に示す第１四方弁４０、第２四方弁４１、第１膨張弁４２、第２膨張弁４３、ダンパ５２にそれぞれ該当する。
【００５０】
図７において、空調設定入力手段３１０、暖機設定入力手段３１１で空調設定、暖機設定を入力として行われ、外気温度センサ３０１、冷却水温度センサ３０２、バッテリ温度センサ３０３、バッテリ温度上下限設定値３０４，３０５、車室温度センサ３０６の温度や、ハイブリッドシステムコントローラ３０７、エンジンコントローラ３０８のシステム出力や、タイマ３１２、圧縮機３０の出力や、各種弁の弁開度を参照しながら、冷房・冷却、暖房・冷却、冷房・加熱、暖房・加熱のヒートポンプサイクルの動作モードを決定し、圧縮機３０の回転数や室外ファン１５の回転数を決定する。
【００５１】
決定されたいずれか１つのヒートポンプサイクルの動作状態を実現するために、圧縮機回転数（インバータ周波数）、各種の四方弁、膨張弁、二方弁（バイパス弁）、冷却水電動ポンプ、三方弁の開度を調整する。また、バッテリ５の通風路、ヒートポンプサイクルの運転切替えは、各種センサで検出された車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値を用いて行う。
【００５２】
外部電源を用いた充電（プラグイン方式充電）が開始されたことを検出した（図７の例では、バッテリコントローラ３０９にて充電検出、ハイブリッドシステムコントローラ３０７のモータ・ジェネレータ動作なしで外部電源からの充電を判定）場合、ヒートポンプを運転、制御し、冷却水またはエンジン、車室内を所定の温度に調整する。
【００５３】
ここで、外部電源を用いた充電の場合、前日の最初の始動時刻を記憶、あるいは過去の始動時刻の履歴を記憶しておき、その履歴から次の日の始動時刻を推定する、あるいはユーザーによる始動時間の設定を可能とし、このよう設定された始動時刻に対して、所定時間前の時刻に冷却水の暖気あるいは車室内の予冷暖房を開始する。暖気あるいは予冷暖房を開始する時刻を決める所定の時間を、車室温度、冷却水温度、外気温度、車室目標温度により決める。以上説明した図７に示すサイクル制御装置における具体的な制御態様は、従来公知の制御手法を採用すればよい。
【００５４】
次に、図１〜図６に示した本実施形態に係る吸放熱システムの各動作モードにおける各熱交換器の役割とバルブ（各種弁）の状態について、図８を参照しながら取り纏めて説明する。
【００５５】
図１に示す車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードにおいては、外気熱交換器３１は凝縮器として、水／冷媒熱交換器３３は蒸発器として、車室熱交換器３４は蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と外気熱交換器３１の間に、第２四方弁４１は外気熱交換器３１と車室熱交換器３４の間に設置され、第１膨張弁４２はその弁開度が制御され、第２膨張弁４３は全開される。なお、バイパス弁４４は全閉、バイパス弁４５は全開される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。また、図２に示す車室冷房・機器冷却（冷却優先）の動作モードにおいては、第２四方弁４１が外気熱交換器３１と水／冷媒熱交換器３３との間に設置されることを除いて、図１の動作モードと同様である。
【００５６】
次に、図３に示す車室暖房・機器冷却の動作モードにおいては、車室熱交換器３４が凝縮器、水／冷媒熱交換器３３が蒸発器、外気熱交換器３１が蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と第２四方弁４１の間に、第２四方弁４１は第１四方弁４０と車室熱交換器３４の間に設置され、第１膨張弁４２は全開、第２膨張弁４３は開度が制御される。なお、バイパス弁４４は全開、バイパス弁４５は全閉される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。
【００５７】
また、図４に示す車室冷房・機器加熱の動作モードにおいては、外気熱交換器３１が凝縮器、水／冷媒熱交換器３３が凝縮器、車室熱交換器３４が蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と外気熱交換器３１の間に、第２四方弁４１は外気熱交換器３１と水／冷媒熱交換器３３の間に設置され、第１膨張弁４２は全開、第２膨張弁４３は開度が制御される。なお、バイパス弁４４は全開、バイパス弁４５は全閉される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。
【００５８】
また、図５に示す車室暖房・機器加熱（暖房優先）の動作モードにおいては、車室熱交換器３４は凝縮器、水／冷媒熱交換器３３（兼用熱交換器）は凝縮器、外気熱交換器３１は蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と車室熱交換器３４の間に、第２四方弁４１は水／冷媒熱交換器３３と外気熱交換器３１の間に設置され、第１膨張弁４２はその弁開度が制御され、第２膨張弁４３は全開される。なお、バイパス弁４４は全閉、バイパス弁４５は全開される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。また、図６に示す車室冷房・機器冷却（加熱優先）の動作モードにおいては、第２四方弁４１が車室熱交換器３４と外気熱交換器３１との間に設置されることを除いて、図５の動作モードと同様である。
【００５９】
次に、本実施形態に係る吸放熱システムにおける電動ポンプ１３とエンジン駆動ポンプ１０の動作について、図９を参照しながら車両状態並びにエンジン状態を条件として説明する。
【００６０】
まず、車両が走行状態のときに、エンジン３が停止している場合、当然にエンジン駆動ポンプ１０は停止しており電動ポンプ１３が動作している。エンジン３が動作している場合、エンジン駆動ポンプ１０が動作し電動ポンプ１３は停止する。エンジン３が動作している場合にエンジン駆動ポンプ１０が故障で停止すれば電動ポンプ１３を動作させて冷却水が循環するように稼動させる。ただし、この故障停止の場合にはエンジン冷却水系統に電動ポンプが存在することが前提になる。
【００６１】
次に、車両が停止状態のときに、エンジン３が停止している場合、当然にエンジン駆動ポンプ１０は停止しており電動ポンプ１３が動作している。エンジン３が動作している場合、エンジン駆動ポンプ１０が動作し電動ポンプ１３は停止する。エンジン３が動作している場合にエンジン駆動ポンプ１０が故障で停止すれば電動ポンプ１３を動作させて冷却水が循環するように稼動させる。
【００６２】
図１０は、本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける一の構成例を示しており、動作モードとしては、図５に示す車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）と同一であり、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする例である。
【００６３】
図１０に示す基本的な動作（車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先））は、図５における吸放熱システムと同一であるのでその説明を援用する。異なる点は、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とし、さらに、エンジン冷却水系統に電動ポンプ１８を追加することである。エンジン駆動ポンプが故障しても通水可能としてフェールセーフを確保できる。
【００６４】
図１１は、本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける他の構成例を示しており、動作モードとしては、図３に示す車室暖房・機器冷却サイクルと同一であり、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする例である。図１１に示す基本的な動作（車室暖房・機器冷却サイクル）は、図３における吸放熱システムと同一であるのでその説明を援用する。異なる点は、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする例であり、エンジン冷却水系統が水／冷媒熱交換器３３と連結されている。
【００６５】
図１２は、本発明の実施形態に係る吸放熱システムでエンジン冷却水系統のみの構成例を示しており、動作モードとしては、図６に示す車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）と同一であり、エンジンのみで駆動する構成例である。図１１に示す基本的な動作（車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先））は、図６における吸放熱システムと同一であるのでその説明を援用する。異なる点は、エンジンのみで自動車を駆動し、さらに、エンジン冷却水系統に電動ポンプ１８を設けることである。エンジンの暖機の場合、三方弁２１７でヒータコア１７をバイパスさせるのも効果的である。図１２は、ＨＶシステムを有していない通常のエンジンのみの自動車に対しても、本実施形態に係る吸放熱システムが適用可能であることを示している。同様に、エンジンを有しない電気自動車、燃料電池自動車についても図１２のエンジンを別の駆動方式に置き換えて適用可能である。
【００６６】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る吸放熱システムについて取り纏めると、次のような構成上の特徴を備えるものである。すなわち、本実施形態に係る自動車用吸放熱システムの構成として、圧縮機の吐出側と外気熱交換器の間に第１の四方弁を配置し、動力機器（エンジンやモータ（インバータ））の冷却媒体（冷却水）とヒートポンプの冷媒とを熱交換可能とする熱交換器（水／冷媒熱交換器）と外気熱交換器の間に第２の四方弁を配置し、さらに、外気熱交換器と第２の四方弁の間に第１の膨張弁を配置し、水／冷媒熱交換器と車室熱交換器の間に第２の膨張弁を配置し、第１の四方弁と第２の四方弁により冷媒流路を切り替え、第１の膨張弁と第２の膨張弁の開度制御することにより、車室内の冷房、暖房、動力機器の冷却、加熱を組み合わせた動作モード（車室冷房・機器冷却（冷房優先）、車室冷房・機器冷却（冷却優先）、車室暖房・機器冷却、車室冷房・機器加熱、車室暖房・機器加熱（暖房優先）、車室暖房・機器加熱（加熱優先））を切り替えるものである。
【００６７】
また、前記吸放熱システムにおいて、水／冷却熱交換器を含む冷却水系統に電動ポンプを配置する構成とする。この構成によって、エンジン停止時、外部電源による充電（プラグイン方式）の際に、冷却水系統を加熱しエンジンの暖気を可能とする。
【００６８】
また、車内外を連通するダクト内にバッテリを配置し、バッテリの上流側にダクトと車内およびダクトと車外をつなぐバイパス路と、流路を選択する開閉装置（ダンパ）を設け、バッテリと車外をつなぐダクト内にヒートポンプサイクルに接続されたバッテリ熱交換器を設置する構成とする。この構成によって、外部電源を用いた充電の際に、バッテリの温度制御を行うと同時に、車室内を予め冷暖房可能とする。
【００６９】
上述した本実施形態に係る自動車用吸放熱システムの構成を備えることによって、次のような制御方法を実施することができ、これらの制御方法も本実施形態に含まれるものである。すなわち、図１及び図８を参照して説明すると、車室冷房・機器冷却（冷房優先）がドライバの要求並びに諸条件（例えば、エンジン温度）を元にして設定されると、第１の四方弁４０を圧縮機と外気熱交換器をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を外気熱交換器と車室熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。同様にして、車室冷房・機器冷却（冷却優先）が設定されると（一例としてエンジン温度やバッテリ温度が高い場合）、図２及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と外気熱交換器をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を外気熱交換器と水／冷媒熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。
【００７０】
また、車室暖房・機器冷却が設定されると、図３及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と第２の四方弁４１をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を第１の四方弁４０と車室熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を全開とし、第２の膨張弁４３を開度制御するように制御される。さらに、車室冷房・機器加熱が設定されると、図４及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と外気熱交換器をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を外気熱交換器と水／冷媒熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を全開とし、第２の膨張弁４３を開度制御するように制御される。
【００７１】
また、車室暖房・機器加熱（暖房優先）が設定されると、図５及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と第２の四方弁をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を第１の四方弁と車室熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。同様にして、車室暖房・機器加熱（加熱優先）が設定されると、図６及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と第２の四方弁をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を第１の四方弁と水／冷媒熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。このような制御方法はＨＥＶが存在する場合に限らないことは図１２の説明で述べたとおりである。
【００７２】
次に、上述した６つの動作モードは、ドライバからの冷房又は暖房要求と、車室、冷却水、外気の温度と、ハイブリッドシステムコントローラあるいはエンジンコントローラからのエンジン、モータ、ジェネレータの出力要求値を用いて、ヒートポンプサイクルの動作モードを切り替えるように制御されるのである。また、バッテリを設置したダクトを設け、ダクトに対して車外と車室に連通するダンパを設けるとともにバッテリ熱交換器を設け、車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値を用いて、ダクトに設置されたダンパの開閉を切り替えるように制御することができる。さらに、車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値、冷却水温度を用いて、バッテリを設置したダクトに設置されたダンパの開閉を切替えるとともに、ヒートポンプサイクルの動作モードを切替えるように制御することができる（例えば、バッテリ温度が高いときにはバッテリの冷却優先に切り替え制御する）。
【００７３】
また、電動モータが使用でき、エンジンを使用する以前に車の環境条件を整えておくように制御することもできる。すなわち、外部電源によりバッテリへ充電（プラグイン方式）が開始されたことを検出する検出手段を有し、充電が開始されたことを検出した場合に、ヒートポンプサイクルを運転制御することや、エンジンまたはエンジン冷却水温度、車室内温度を予め設定された所定の温度に制御することができる。
【００７４】
具体的には、前日の最初の車始動時刻を記憶、あるいは過去の始動時刻の履歴を記憶しておき、記憶した履歴から推定した次の日の始動時刻、あるいはユーザーにより設定された始動時刻に対して、所定時間前の時刻に冷却水の暖気あるいは車室内の予冷暖房を開始するように制御する。この際、暖気あるいは予冷暖房を開始する時刻を決める所定の時間は、車室温度、冷却水温度、車室目標温度により決めることができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、ヒートポンプサイクルに対して、冷媒と冷却水との熱交換を行う水／冷媒熱交換器と、四方弁と、膨張弁を追加して設置し、水／冷媒熱交換器の機能を蒸発器または凝縮器に変更することを可能とし、種々の動作モードを実施できるように制御するものである。さらに、冷却水系を電動ポンプとエンジン駆動ポンプの並列設置とし、エンジンの動作に関わらず冷却水を通水可能とすると同時にフェールセーフを確保するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷却優先）を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器冷却サイクルを説明する図である。
【図４】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器加熱サイクルを説明する図である。
【図５】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）を説明する図である。
【図７】本実施形態に係る吸放熱システムにおけるヒートポンプサイクルで用いられる構成要素を表す図である。
【図８】本実施形態に係る吸放熱システムの各動作モードにおける熱交換器の役割とバルブ（各種弁）の状態を表す図である。
【図９】本実施形態に係る吸放熱システムにおける電動ポンプとエンジン駆動ポンプの動作状態を表す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする一の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする他の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る吸放熱システムでエンジン冷却水系統のみの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：自動車、２：車室、３：エンジン、４：スロットルボディ、５：バッテリ、６：ラジエータ、７：インバータ、８：モータ、９：ジェネレータ、１０：エンジン駆動ポンプ、１１：動力伝達手段、１２：逆止弁１、１３：電動ポンプ、１４：逆止弁２、１５：ファン、１７：ヒータコア、１８：電動ポンプ２、３０：圧縮機、３１：外気熱交換器、３３：水／冷媒熱交換器、３４：室内熱交換器、３５：バッテリ室熱交換器、３６：圧縮機インバータ、４０：第１の四方弁、４１：第２の四方弁、４２：第１の膨張弁、４３：第２の膨張弁、４４〜４９：二方弁、５０，５５，６０，６２，６３：ダクト、５１，６１：ファン、５２，５３，５４，６４，６５：ダンパ、１０１〜１０７：冷媒配管、
２００，２０２，２０４，２１０，２１２，２２０：冷却水配管、２１５，２１６，２１７：三方弁、３００：サイクル制御装置、３０１：外気温度センサ、３０２：冷却水温度センサ、３０３：バッテリ温度センサ、３０４：バッテリ温度上限値、３０５：バッテリ温度下限値、３０６：車室温度センサ、３０７：エンジンコントローラ、３０８：ハイブリッドシステムコントローラ、３０９：バッテリコントローラ、３１０：空調設定入力手段、３１１：暖気設定入力手段、３１２：タイマ、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と熱交換器を有するヒートポンプサイクルを備えた自動車のの吸放熱システムに係わり、特に、吸放熱サイクルの組み合わせのバリエーションに多様性をもたせた吸放熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における傾向として一般的に、自動車は省燃費が求められ、さらに、排出ガスの規制強化がなされているため、駆動源としてハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が本格的に普及するようになってきている。
【０００３】
ＨＥＶでは家庭用電源によって夜間充電するプラグイン方式が採用されると、充電電力を自動車動力として利用することになるので、エンジン（内燃機関）の使用頻度を低下させることに繋がることとなる。また、ＨＥＶにおけるモータの制御に用いられるインバータについて、素子からの放熱のためにハイブリッド冷却系統が設けられているが、このハイブリッド冷却系統はエンジン冷却系統と別に設けられてきたが、ＳｉＣに代表される耐高温インバータ素子の開発によって冷却系統の一元化を図る動きがある。
【０００４】
自動車用のカーエアコンにおける従来技術としては、ＨＥＶやエンジンの排熱を利用したヒートポンプシステムが、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、エンジンが駆動されるとエンジンで加熱された冷却水を循環ポンプによってラジエータに循環させ、車室外送風機でラジエータに空気を送り、冷却水に蓄えられた熱を廃熱してエンジンに循環することで、エンジンを所定温度に維持するとともに、冷却水によって加熱された冷媒を室内熱交換器に循環する、あるいは、冷却水を室内熱交換器に循環させ、室内送風機で送風することにより、車室内を暖房することが開示されている。冷媒回路中を流れる冷媒と、ラジエータ水と、冷却風とを相互に熱交換可能とすることが特許文献１における主要な特徴となっている。
【特許文献１】特開２００４−２７８９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的なカーエアコンでは、車室内暖房にエンジンの排熱を利用しているが、車室の暖房を行うためにエンジンを起動することとなり燃費が悪化するという課題が生じる。この対策としてヒートポンプによる暖房が考えられるが、この場合には空気が熱源となって熱交換器に着霜現象が生じてしまい、除霜のための特別なエネルギーを必要とすることとなる。
【０００６】
また、エンジンが冷間で起動するとそのときにＮＯｘが排出され、排ガスクリーン化の観点で課題が生じる。さらに、ＨＥＶにおいて、プラグイン方式での外部電源を用いた充電時に、バッテリの性能、寿命を維持するためにバッテリの温度管理を行うことが求められる。さらに、エンジンの冷却にはエンジン駆動で動作するポンプが用いられているが、このエンジン冷却水系にはフェールセーフを設けることが必要である。
【０００７】
また、上記特許文献１に示すような開示技術では、冷房時の蒸発器と暖房時の凝縮器という２つの熱交換器を設置する必要があり、これらの熱交換器への配管の敷設が複雑となっており、さらに、引用文献１ではラジエータ水からの廃熱エネルギーを利用しているとは云え、吸放熱サイクルの組み合わせ手法が限定的にしか開示されておらず、吸放熱サイクルを種々組み合わせることのできるようなバリエーション豊富な吸放熱システムを提供する配慮に欠けている。
【０００８】
本発明は、車室内部、ＨＥＶの電気系統、エンジン系統における温度レベルの異なる各構成要素間の熱の授受や、外気との熱の授受を、エンジンの動作如何に関わらず任意に可能とし、多機能で高信頼性のある吸放熱システム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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器を有するヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系を有するエンジン系統と、を備えた自動車の吸放熱システムにおいて、
エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置し、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器をつなぐ管路上に配置し、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器つなぐ管路上に配置し、
前記第１の膨張弁は前記外気熱交換器と第２の四方弁つなぐ管路上に配置し、前記第２の膨張弁は前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器つなぐ管路上に配置し、
前記第１の四方弁と前記第２の四方弁により冷媒流路を切り替え、さらに、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁を全開または開度制御することによって、車室内の冷房又は暖房と、エンジン又はモータを含む機器の冷却又は加熱と、を組み合わせた動作モードを選択可能とする構成とする。
【００１０】
また、前記自動車の吸放熱システムにおいて、前記動作モードは、車室冷房・機器冷却（冷房優先）サイクル、車室冷房・機器冷却（冷却優先）サイクル、車室暖房・機器冷却サイクル、車室冷房・機器加熱サイクル、車室暖房・機器加熱（暖房優先）サイクル、車室暖房・機器加熱（加熱優先）サイクルのいずれかを形成する構成とする。
【００１１】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードを選択すること。
【００１２】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷却優先）の動作モードを選択すること。
【００１３】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室暖房・機器冷却の動作モードを選択すること。
【００１４】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室冷房・機器加熱の動作モードを選択すること。
【００１５】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（暖房優先）の動作モードを選択すること。
【００１６】
また、圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（加熱優先）の動作モードを選択すること。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ヒートポンプサイクルの冷媒とエンジン等の機器の冷却水との熱交換を行う水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁とを設置して、冷媒系統を適宜に切り替え制御し、膨張弁を開度制御することによって、エンジンの動作如何に関わらず、エンジン系、モータなどの電気駆動系（ＨＶ系）、車室に対して熱の授受を実施できる多様な動作モードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る自動車の吸放熱システムについて、図１〜図１２を用いて以下説明する。
【００１９】
図面において、１は自動車、２は車室、３はエンジン、４はスロットルボディ、５はバッテリ、６はラジエータ、７はインバータ、８はモータ、９はジェネレータ、１０はエンジン駆動ポンプ、１１は動力伝達手段、１２は逆止弁１、１３は電動ポンプ、１４は逆止弁２、１５はファン、１７はヒータコア、１８は電動ポンプ２（図１０、図１２）、３０は圧縮機、３１は外気熱交換器、３３は水／冷媒熱交換器、３４は室内熱交換器、３５はバッテリ室熱交換器、３６は圧縮機インバータ（図７）、４０は第１の四方弁、４１は第２の四方弁、４２は第１の膨張弁、４３は第２の膨張弁、４４〜４９は二方弁、５０，５５，６０，６２，６３はダクト、５１，６１はファン、５２，５３，５４，６４，６５はダンパ、１０１〜１０７は冷媒配管、２００，２０２，２０４，２１０，２１２，２２０は冷却水配管、２１５，２１６，２１７は三方弁、３００はサイクル制御装置、３０１は外気温度センサ、３０２は冷却水温度センサ、３０３はバッテリ温度センサ、３０４はバッテリ温度上限値、３０５はバッテリ温度下限値、３０６は車室温度センサ、３０７はハイブリッドシステムコントローラ、３０８はエンジンコントローラ、３０９はバッテリコントローラ、３１０は空調設定入力手段、３１１は暖気設定入力手段、３１２はタイマ、をそれぞれ表す。
【００２０】
本発明の実施形態に係る吸放熱システムについて、図１〜図９を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）を説明する図である。図２は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷却優先）を説明する図である。図３は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器冷却サイクルを説明する図である。図４は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器加熱サイクルを説明する図である。図５は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）を説明する図である。図６は本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）を説明する図である。
【００２１】
また、図７は本実施形態に係る吸放熱システムにおけるヒートポンプサイクルで用いられる構成要素を表す図である。図８は本実施形態に係る吸放熱システムの各動作モードにおける熱交換器の役割とバルブの状態を表す図である。図９は本実施形態に係る吸放熱システムにおける電動ポンプとエンジン駆動ポンプの動作状態を表す図である。
【００２２】
また、図１０は本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする一の構成例を示す図である。図１１は本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする他の構成例を示す図である。図１２は本発明の実施形態に係る吸放熱システムでエンジン冷却水系統のみの構成例を示す図である。
【００２３】
まず、本発明の実施形態について概略的に説明すると、エンジン系とＨＶ系を有し、車室内の冷房と暖房のモードを実施でき、さらにエンジン（又はエンジン冷却水）、バッテリ、モータやインバータ、などの機器を冷却または加熱するモードを実施でき、これらの冷房、暖房、冷却、加熱の各モードを組み合わせた各種動作モード（具体的には、図１〜図６にそれぞれ示す動作モード、図８に示す６つの動作モード）を切り替え可能とするために、エンジン冷却水系統とＨＶ冷却水系とを備え、その冷却水系統のラジエータと、ヒートポンプシステムの圧縮機と、車室熱交換器と、外気熱交換器と、膨張弁と、四方弁と、を基本的構成として備え、さらに、電動ヒートポンプサイクルに冷媒と冷却水の熱交換を行う水／冷媒熱交換器を設け、この水／冷媒熱交換器の機能を蒸発器または凝縮器に変更（放熱または吸熱に変更）できるように、四方弁と膨張弁について第１と第２の２つの弁をそれぞれ設けて冷媒流路を切り替え、膨張弁の開度を制御しようとするものである。
【００２４】
また、冷却水系において、電動ポンプとエンジン駆動ポンプを並列に設置し、エンジンが動作しているか否かに関わらず冷却水を通水可能とすることで冷却水系のフェールセーフを確保するものである。
【００２５】
次に、図１に示す車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）の吸放熱システムについて説明すると、図１の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、外気熱交換器３１、第１膨張弁４２、第２四方弁４１、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２膨張弁４３、水／冷媒熱交換器３３、第２四方弁４１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で冷房・冷却サイクルが形成されており、外気熱交換器３１で放熱、車室熱交換器３４で吸熱（第１膨張弁４２後の蒸発作用で車室冷房）、水／冷媒熱交換器３３で吸熱（第２膨張弁４３後の蒸発作用で水冷却）されるのである。さらに、エンジン３、インバータ７の冷却水が水／冷媒熱交換器３３で冷却され、さらに、バッテリ熱交換器３５でバッテリ５が冷却されるシステムを構成している。
【００２６】
そして、このシステムの構成として、第１膨張弁４２の直後の第２四方弁４１の流路切り替えによって、第１膨張弁４２を通る冷媒は、まず、車室熱交換器３４で熱交換されて車室２を冷房することとなる。すなわち、車室の冷房が優先されるのである。次いで、冷媒は第２膨張弁４３で絞られた後に水／冷媒熱交換器３３で熱交換されてエンジン及び／又はインバータ（モータ）冷却水を冷却することとなる。
【００２７】
また、バッテリ５の冷却について説明すると（バッテリ温度が上限値を超える場合）、車外からダンパ６５を介して空気を取り入れ、又は車室からの冷房された空気を取り入れて、バイパス弁４９を開き、バッテリ熱交換器３５を稼動させて熱交換し、熱交換されて冷却された空気をファン６１を通してバッテリ５に供給し、バッテリを冷却する。さらに、バッテリ熱交換器３５で冷却された空気通路中に車室内と連通するダンパ６４を図示の位置に設け、ダンパ６４を適宜に開くことによって車室内を冷房することもできる（バッテリの温度を検知し、バッテリ冷却の必要性と関連させて車室冷房を制御することができる）。
【００２８】
また、ヒータコア１７は、エンジン及び／又はインバータ（モータ）循環水をフィン付き配管に流して空気を加熱するものであり、車室熱交換器３４で熱交換されて冷却された空気とミックスされて最適温度を作り出す。ヒータコア１７の入出口側にそれぞれダンパ５２，５３が設けられていてその開度が制御されるようになっている。また、図１に示された、三方弁、二方弁、冷媒配管、冷却水配管などの各構成要素は、図示されたように配置されていて、それぞれの機能を果たすものである。
【００２９】
繰り返して、図１に示す車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）の吸放熱システムについて説明すると、車室２内を冷房する必要があり、且つエンジン３等駆動系が高負荷（高出力）時において、冷却水温度が上昇した場合に、ヒートポンプで冷却水の冷却を行うものである。また、バッテリ５の温度が管理上限を超える、あるいは超えると予想される場合には、バイパス弁４９を開きバッテリ５への供給空気を冷却する。
【００３０】
エンジン３の駆動系の負荷に応じてバイパス弁４７（水／冷媒熱交換器３３をバイパスする弁であるが、必ずしも必須の構成要素ではない）、三方弁２１６（ラジエータ６と水／冷媒熱交換器３３とを結ぶ弁）の開度を調整し、水と冷媒間の熱交換量を制御する。
【００３１】
バイパス弁４７の開度調整は、エアコンなどで行われる圧縮機吸込のスーパーヒート制御に対しても用いることが可能である。また、バイパス弁４４（第１膨張弁４２をバイバスする弁）、バイパス弁４５（第２膨張弁４３をバイバスする弁）は無くても良いが、膨張弁４２，４３の抵抗が大きい場合には、抵抗係数の小さいバルブ４４，４５を並列に置くことで膨張弁を用いない場合にも流量を確保できる。なお、図面で黒塗りの弁４４は閉状態を表す。
【００３２】
ヒータコア１７（例、車室内への送風路中に配されたフィン付き配管）は、車室２内の温度をあまり下げず、除湿を行いたい場合に車室熱交換器３４で冷却除湿された空気を再加熱するのに用いる。その際の再加熱量は前後のダンパ５２，５３で制御される。
【００３３】
次に、図２に示す車室冷房・機器冷却サイクル（冷却優先）の吸放熱システムについて説明すると、図２の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、外気熱交換器３１、第１膨張弁４２、第２四方弁４１、水／冷媒熱交換器３３、第２膨張弁４３、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２四方弁４１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で冷房・冷却サイクルが形成されており、外気熱交換器３１で放熱、水／冷媒熱交換器３３で吸熱（第１膨張弁４２後の蒸発作用で水冷却）、車室熱交換器３４で吸熱（第２膨張弁４３後の蒸発作用で車室冷房）されるのである。その他の各構成要素の構成ならびに配置は、図１と同様である。
【００３４】
そして、図２に示すシステムの構成として、第１膨張弁４２の直後の第２四方弁４１の流路切り替えによって、第１膨張弁４２を通る冷媒は、まず、水／冷媒熱交換器３３で熱交換されてエンジン及び／又はインバータ（モータ）冷却水を冷却することとなる。すなわち、水／冷媒熱交換器３３での冷却が優先される。次いで、冷媒は第２膨張弁４３で絞られた後に車室熱交換器３４で熱交換されて車室２を冷房することとなる。
【００３５】
図２に示す吸放熱システムは、車室内を冷房する必要があり、且つエンジン駆動系が高負荷（高出力）時で、冷房負荷が小さいなどの際に、より冷却水冷却を優先する場合に用いる。また、バッテリ温度が管理上限を超える、あるいは超えると予想される場合には、バイパス弁６を開きバッテリへの供給空気を冷却する。
【００３６】
駆動系の負荷に応じてバイパス弁４７（水／冷媒熱交換器３３をバイパスする弁）、三方弁２１６の開度を調整し、水と冷媒間の熱交換量を制御する。この場合、圧縮機吸込スーパーヒートはバイパス弁４８の開度でも制御可能である。バイパス弁４４，４５は無くても良いが、膨張弁４２，４３の抵抗が大きい場合には、抵抗係数の小さいバルブを並列に置くことで効果がある。
【００３７】
また、ヒータコア１７は、車室内の温度をあまり下げず、除湿を行いたい場合に車室熱交で冷却除湿された空気を再加熱するのに用いる。再加熱量は前後のダンパ５２，５３で制御される。
【００３８】
次に、図３に示す車室暖房・機器冷却サイクルの吸放熱システムについて説明すると、図３に示す吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、第２四方弁４１、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２膨張弁４３、水／冷媒熱交換器３３、第１膨張弁４２、外気熱交換器３１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室暖房・機器冷却サイクルが形成されており、車室熱交換器３４で放熱（車室暖房）、第２膨張弁４３により水／冷媒熱交換器３３で吸熱（冷却水冷却）、外気熱交換器３１で吸熱されるのである。その他の各構成要素の構成ならびに配置は、図１と同様である。
【００３９】
そして、図３に示すシステムの構成として、ダンパ５４、ファン５１、車室熱交換器３４によって車室を暖房するとともに、ダンパ５２，５３を通る空気でヒータコア１７によって車室暖房することができる。また、第２膨張弁４３を通る冷媒は、水／冷媒熱交換器３３で熱交換されてエンジン及び／又はインバータ（モータ）冷却水を冷却することとなる（三方弁２１６で冷却水を水／冷媒熱交換器３３に流入させて冷却水を冷却する）。すなわち、車室暖房・機器冷却サイクルを形成している。
【００４０】
図３に示す吸放熱システムは、車室内を暖房する必要があり、且つエンジン等駆動系を冷却したい場合に、冷却水を熱源としたヒートポンプ運転を行い、車室内を暖房する。暖房運転サイクルにおいて、外気熱交換器３１の着霜の防止にはバイパス弁４６を制御し、冷却水温度制御はバイパス弁４７を制御して行う。バイパス弁４６は圧縮機吸込のスーパーヒートの制御にも利用可能である。
【００４１】
次に、図４に示す車室冷房・機器加熱サイクルの吸放熱システムについて説明すると、図４に示す吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、外気熱交換器３１、第１膨張弁４２、第２四方弁４１、水／冷媒熱交換器３３、第２膨張弁４３、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２四方弁４１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室冷房・機器加熱サイクルが形成されており、外気熱交換器３１で放熱、水／冷媒熱交換器３３で放熱（冷却水を加熱）、第２膨張弁４３（バイパス弁４５は閉）により車室熱交換器３４で吸熱（車室冷房）されるのである。その他の各構成要素の構成ならびに配置は、図１と同様である。
【００４２】
そして、図４に示すシステムの構成は、車室内を冷房する必要があり、且つエンジンを加熱したい場合に採用される。加熱された冷却水は電動ポンプ１３で循環し、エンジン３の保温を行う。加熱量、冷却水温度の制御はバイパス弁４６、三方弁２１６で制御される。また、三方弁２１５により冷却水はラジエータ６をバイパスさせるのが良い。
【００４３】
図４のシステムは、プラグイン方式における充電中のバッテリ５の冷却や、車室内冷房、暖機を想定したものである。充電時にバッテリ冷却のため、車室と外気の内で温度が低い方から吸い込むようにダンパ６５を開閉する。吸い込んだ空気をバッテリ熱交換器３５で冷却する場合で、サイクルに余裕があればダンパ６４を用いて冷却空気を車室内に提供して予冷房することが可能である。また、車室内の温度あまり下げず、除湿を行いたい場合に、車室熱交換器３４で冷却・除湿された空気をヒータコア１７で再加熱することも可能である。
【００４４】
次に、図５に示す車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）の吸放熱システムについて説明すると、図５の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、第２四方弁４１、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２膨張弁４３、水／冷媒熱交換器３３、第１膨張弁４２、外気熱交換器３１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）が形成されており、車室熱交換器３４で放熱（車室暖房）、水／冷媒熱交換器３３で放熱（冷却水を加熱）、外気熱交換器３１で吸熱される。ここで、車室熱交換器３４が水／冷媒熱交換器３３より圧縮機３０側に設置されているので、車室熱交換器３４の放熱（暖房）が優先される。
【００４５】
そして、このシステムの構成は、車室内を暖房する必要があり、且つエンジンを加熱するサイクルを形成する場合に採用される。水／冷媒熱交換器３３によって加熱された冷却水は電動ポンプ１３で循環し、エンジン３の保温を行う。また、プラグイン方式における充電中のバッテリの加熱（低温時等）や、車室内暖房と暖機を想定したもので、冷却水温度がある程度上昇し、車室内の暖房を優先するような場合の運転方法である。また、バッテリ５の検知温度によりダンパ６５を開閉することで、取り入れ空気を外気か車室かを選択する。さらに、バッテリ温度が基準以下まで冷えている場合には、入口空気をバッテリ熱交換器３５で加熱してもよい。
【００４６】
次に、図６に示す車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）の吸放熱システムについて説明すると、図６の吸放熱システムにおいては、圧縮機３０、第１四方弁４０、第２四方弁４１、水／冷媒熱交換器３３、第２膨張弁４３、車室熱交換器３４（及び／又はバッテリ熱交換器３５）、第２四方弁４１、第１膨張弁４２、外気熱交換器３１、第１四方弁４０、圧縮機３０の系統で車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）が形成されており、水／冷媒熱交換器３３で放熱（冷却水を加熱）、車室熱交換器３４で放熱（車室暖房）、外気熱交換器３１で吸熱される。ここで、水／冷媒熱交換器３３が車室熱交換器３４より圧縮機３０側に設置されているので、水／冷媒熱交換器３３の放熱（加熱）が優先している。
【００４７】
そして、このシステムの構成は、車室内を暖房する必要があり、且つエンジンを加熱するサイクルを形成する場合に採用される。水／冷媒熱交換器３３によって加熱された冷却水は電動ポンプ１３で循環し、エンジン３の保温を行う（エンジン冷間起動時における排ガスのクリーン化を図ることができる）。また、図６に示すシステムは、プラグイン方式における充電中のバッテリ５の冷却や、車室内暖房、暖機を想定したものであり、車室内温度がある程度上昇し、エンジンを加熱するために冷却水の加熱を優先するような場合の運転方法である。
【００４８】
次に、図７には、本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける各構成要素とこれらの検知量をもとに制御するためのサイクル制御装置とを示している。
【００４９】
本実施形態に係る吸放熱システムの制御態様について、図７を参照しながらその概略を説明する。図７に示す、例えば、四方弁１（４０）、四方弁２（４１）、膨張弁１（４２）、膨張弁２（４３）、切替ダンパ１（５２）は、図１に示す第１四方弁４０、第２四方弁４１、第１膨張弁４２、第２膨張弁４３、ダンパ５２にそれぞれ該当する。
【００５０】
図７において、空調設定入力手段３１０、暖機設定入力手段３１１で空調設定、暖機設定を入力として行われ、外気温度センサ３０１、冷却水温度センサ３０２、バッテリ温度センサ３０３、バッテリ温度上下限設定値３０４，３０５、車室温度センサ３０６の温度や、ハイブリッドシステムコントローラ３０７、エンジンコントローラ３０８のシステム出力や、タイマ３１２、圧縮機３０の出力や、各種弁の弁開度を参照しながら、冷房・冷却、暖房・冷却、冷房・加熱、暖房・加熱のヒートポンプサイクルの動作モードを決定し、圧縮機３０の回転数や室外ファン１５の回転数を決定する。
【００５１】
決定されたいずれか１つのヒートポンプサイクルの動作状態を実現するために、圧縮機回転数（インバータ周波数）、各種の四方弁、膨張弁、二方弁（バイパス弁）、冷却水電動ポンプ、三方弁の開度を調整する。また、バッテリ５の通風路、ヒートポンプサイクルの運転切替えは、各種センサで検出された車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値を用いて行う。
【００５２】
外部電源を用いた充電（プラグイン方式充電）が開始されたことを検出した（図７の例では、バッテリコントローラ３０９にて充電検出、ハイブリッドシステムコントローラ３０７のモータ・ジェネレータ動作なしで外部電源からの充電を判定）場合、ヒートポンプを運転、制御し、冷却水またはエンジン、車室内を所定の温度に調整する。
【００５３】
ここで、外部電源を用いた充電の場合、前日の最初の始動時刻を記憶、あるいは過去の始動時刻の履歴を記憶しておき、その履歴から次の日の始動時刻を推定する、あるいはユーザーによる始動時間の設定を可能とし、このよう設定された始動時刻に対して、所定時間前の時刻に冷却水の暖気あるいは車室内の予冷暖房を開始する。暖気あるいは予冷暖房を開始する時刻を決める所定の時間を、車室温度、冷却水温度、外気温度、車室目標温度により決める。以上説明した図７に示すサイクル制御装置における具体的な制御態様は、従来公知の制御手法を採用すればよい。
【００５４】
次に、図１〜図６に示した本実施形態に係る吸放熱システムの各動作モードにおける各熱交換器の役割とバルブ（各種弁）の状態について、図８を参照しながら取り纏めて説明する。
【００５５】
図１に示す車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードにおいては、外気熱交換器３１は凝縮器として、水／冷媒熱交換器３３は蒸発器として、車室熱交換器３４は蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と外気熱交換器３１の間に、第２四方弁４１は外気熱交換器３１と車室熱交換器３４の間に設置され、第１膨張弁４２はその弁開度が制御され、第２膨張弁４３は全開される。なお、バイパス弁４４は全閉、バイパス弁４５は全開される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。また、図２に示す車室冷房・機器冷却（冷却優先）の動作モードにおいては、第２四方弁４１が外気熱交換器３１と水／冷媒熱交換器３３との間に設置されることを除いて、図１の動作モードと同様である。
【００５６】
次に、図３に示す車室暖房・機器冷却の動作モードにおいては、車室熱交換器３４が凝縮器、水／冷媒熱交換器３３が蒸発器、外気熱交換器３１が蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と第２四方弁４１の間に、第２四方弁４１は第１四方弁４０と車室熱交換器３４の間に設置され、第１膨張弁４２は全開、第２膨張弁４３は開度が制御される。なお、バイパス弁４４は全開、バイパス弁４５は全閉される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。
【００５７】
また、図４に示す車室冷房・機器加熱の動作モードにおいては、外気熱交換器３１が凝縮器、水／冷媒熱交換器３３が凝縮器、車室熱交換器３４が蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と外気熱交換器３１の間に、第２四方弁４１は外気熱交換器３１と水／冷媒熱交換器３３の間に設置され、第１膨張弁４２は全開、第２膨張弁４３は開度が制御される。なお、バイパス弁４４は全開、バイパス弁４５は全閉される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。
【００５８】
また、図５に示す車室暖房・機器加熱（暖房優先）の動作モードにおいては、車室熱交換器３４は凝縮器、水／冷媒熱交換器３３（兼用熱交換器）は凝縮器、外気熱交換器３１は蒸発器として機能し、第１四方弁４０は圧縮機３０と車室熱交換器３４の間に、第２四方弁４１は水／冷媒熱交換器３３と外気熱交換器３１の間に設置され、第１膨張弁４２はその弁開度が制御され、第２膨張弁４３は全開される。なお、バイパス弁４４は全閉、バイパス弁４５は全開される（バイパス弁は必須でなくてもよい）。また、図６に示す車室冷房・機器冷却（加熱優先）の動作モードにおいては、第２四方弁４１が車室熱交換器３４と外気熱交換器３１との間に設置されることを除いて、図５の動作モードと同様である。
【００５９】
次に、本実施形態に係る吸放熱システムにおける電動ポンプ１３とエンジン駆動ポンプ１０の動作について、図９を参照しながら車両状態並びにエンジン状態を条件として説明する。
【００６０】
まず、車両が走行状態のときに、エンジン３が停止している場合、当然にエンジン駆動ポンプ１０は停止しており電動ポンプ１３が動作している。エンジン３が動作している場合、エンジン駆動ポンプ１０が動作し電動ポンプ１３は停止する。エンジン３が動作している場合にエンジン駆動ポンプ１０が故障で停止すれば電動ポンプ１３を動作させて冷却水が循環するように稼動させる。ただし、この故障停止の場合にはエンジン冷却水系統に電動ポンプが存在することが前提になる。
【００６１】
次に、車両が停止状態のときに、エンジン３が停止している場合、当然にエンジン駆動ポンプ１０は停止しており電動ポンプ１３が動作している。エンジン３が動作している場合、エンジン駆動ポンプ１０が動作し電動ポンプ１３は停止する。エンジン３が動作している場合にエンジン駆動ポンプ１０が故障で停止すれば電動ポンプ１３を動作させて冷却水が循環するように稼動させる。
【００６２】
図１０は、本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける一の構成例を示しており、動作モードとしては、図５に示す車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）と同一であり、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする例である。
【００６３】
図１０に示す基本的な動作（車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先））は、図５における吸放熱システムと同一であるのでその説明を援用する。異なる点は、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とし、さらに、エンジン冷却水系統に電動ポンプ１８を追加することである。エンジン駆動ポンプが故障しても通水可能としてフェールセーフを確保できる。
【００６４】
図１１は、本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける他の構成例を示しており、動作モードとしては、図３に示す車室暖房・機器冷却サイクルと同一であり、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする例である。図１１に示す基本的な動作（車室暖房・機器冷却サイクル）は、図３における吸放熱システムと同一であるのでその説明を援用する。異なる点は、エンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする例であり、エンジン冷却水系統が水／冷媒熱交換器３３と連結されている。
【００６５】
図１２は、本発明の実施形態に係る吸放熱システムでエンジン冷却水系統のみの構成例を示しており、動作モードとしては、図６に示す車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）と同一であり、エンジンのみで駆動する構成例である。図１１に示す基本的な動作（車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先））は、図６における吸放熱システムと同一であるのでその説明を援用する。異なる点は、エンジンのみで自動車を駆動し、さらに、エンジン冷却水系統に電動ポンプ１８を設けることである。エンジンの暖機の場合、三方弁２１７でヒータコア１７をバイパスさせるのも効果的である。図１２は、ＨＶシステムを有していない通常のエンジンのみの自動車に対しても、本実施形態に係る吸放熱システムが適用可能であることを示している。同様に、エンジンを有しない電気自動車、燃料電池自動車についても図１２のエンジンを別の駆動方式に置き換えて適用可能である。
【００６６】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る吸放熱システムについて取り纏めると、次のような構成上の特徴を備えるものである。すなわち、本実施形態に係る自動車用吸放熱システムの構成として、圧縮機の吐出側と外気熱交換器の間に第１の四方弁を配置し、動力機器（エンジンやモータ（インバータ））の冷却媒体（冷却水）とヒートポンプの冷媒とを熱交換可能とする熱交換器（水／冷媒熱交換器）と外気熱交換器の間に第２の四方弁を配置し、さらに、外気熱交換器と第２の四方弁の間に第１の膨張弁を配置し、水／冷媒熱交換器と車室熱交換器の間に第２の膨張弁を配置し、第１の四方弁と第２の四方弁により冷媒流路を切り替え、第１の膨張弁と第２の膨張弁の開度制御することにより、車室内の冷房、暖房、動力機器の冷却、加熱を組み合わせた動作モード（車室冷房・機器冷却（冷房優先）、車室冷房・機器冷却（冷却優先）、車室暖房・機器冷却、車室冷房・機器加熱、車室暖房・機器加熱（暖房優先）、車室暖房・機器加熱（加熱優先））を切り替えるものである。
【００６７】
また、前記吸放熱システムにおいて、水／冷却熱交換器を含む冷却水系統に電動ポンプを配置する構成とする。この構成によって、エンジン停止時、外部電源による充電（プラグイン方式）の際に、冷却水系統を加熱しエンジンの暖気を可能とする。
【００６８】
また、車内外を連通するダクト内にバッテリを配置し、バッテリの上流側にダクトと車内およびダクトと車外をつなぐバイパス路と、流路を選択する開閉装置（ダンパ）を設け、バッテリと車外をつなぐダクト内にヒートポンプサイクルに接続されたバッテリ熱交換器を設置する構成とする。この構成によって、外部電源を用いた充電の際に、バッテリの温度制御を行うと同時に、車室内を予め冷暖房可能とする。
【００６９】
上述した本実施形態に係る自動車用吸放熱システムの構成を備えることによって、次のような制御方法を実施することができ、これらの制御方法も本実施形態に含まれるものである。すなわち、図１及び図８を参照して説明すると、車室冷房・機器冷却（冷房優先）がドライバの要求並びに諸条件（例えば、エンジン温度）を元にして設定されると、第１の四方弁４０を圧縮機と外気熱交換器をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を外気熱交換器と車室熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。同様にして、車室冷房・機器冷却（冷却優先）が設定されると（一例としてエンジン温度やバッテリ温度が高い場合）、図２及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と外気熱交換器をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を外気熱交換器と水／冷媒熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。
【００７０】
また、車室暖房・機器冷却が設定されると、図３及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と第２の四方弁４１をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を第１の四方弁４０と車室熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を全開とし、第２の膨張弁４３を開度制御するように制御される。さらに、車室冷房・機器加熱が設定されると、図４及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と外気熱交換器をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を外気熱交換器と水／冷媒熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を全開とし、第２の膨張弁４３を開度制御するように制御される。
【００７１】
また、車室暖房・機器加熱（暖房優先）が設定されると、図５及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と第２の四方弁をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を第１の四方弁と車室熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。同様にして、車室暖房・機器加熱（加熱優先）が設定されると、図６及び図８を参照して説明すると、第１の四方弁４０を圧縮機と第２の四方弁をつなぐように切り替え、第２の四方弁４１を第１の四方弁と水／冷媒熱交換器をつなぐように切り替え、第１の膨張弁４２を開度制御し、第２の膨張弁４３を全開とするように制御される。このような制御方法はＨＥＶが存在する場合に限らないことは図１２の説明で述べたとおりである。
【００７２】
次に、上述した６つの動作モードは、ドライバからの冷房又は暖房要求と、車室、冷却水、外気の温度と、ハイブリッドシステムコントローラあるいはエンジンコントローラからのエンジン、モータ、ジェネレータの出力要求値を用いて、ヒートポンプサイクルの動作モードを切り替えるように制御されるのである。また、バッテリを設置したダクトを設け、ダクトに対して車外と車室に連通するダンパを設けるとともにバッテリ熱交換器を設け、車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値を用いて、ダクトに設置されたダンパの開閉を切り替えるように制御することができる。さらに、車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値、冷却水温度を用いて、バッテリを設置したダクトに設置されたダンパの開閉を切替えるとともに、ヒートポンプサイクルの動作モードを切替えるように制御することができる（例えば、バッテリ温度が高いときにはバッテリの冷却優先に切り替え制御する）。
【００７３】
また、電動モータが使用でき、エンジンを使用する以前に車の環境条件を整えておくように制御することもできる。すなわち、外部電源によりバッテリへ充電（プラグイン方式）が開始されたことを検出する検出手段を有し、充電が開始されたことを検出した場合に、ヒートポンプサイクルを運転制御することや、エンジンまたはエンジン冷却水温度、車室内温度を予め設定された所定の温度に制御することができる。
【００７４】
具体的には、前日の最初の車始動時刻を記憶、あるいは過去の始動時刻の履歴を記憶しておき、記憶した履歴から推定した次の日の始動時刻、あるいはユーザーにより設定された始動時刻に対して、所定時間前の時刻に冷却水の暖気あるいは車室内の予冷暖房を開始するように制御する。この際、暖気あるいは予冷暖房を開始する時刻を決める所定の時間は、車室温度、冷却水温度、車室目標温度により決めることができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、ヒートポンプサイクルに対して、冷媒と冷却水との熱交換を行う水／冷媒熱交換器と、四方弁と、膨張弁を追加して設置し、水／冷媒熱交換器の機能を蒸発器または凝縮器に変更することを可能とし、種々の動作モードを実施できるように制御するものである。さらに、冷却水系を電動ポンプとエンジン駆動ポンプの並列設置とし、エンジンの動作に関わらず冷却水を通水可能とすると同時にフェールセーフを確保するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷房優先）を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器冷却サイクル（冷却優先）を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器冷却サイクルを説明する図である。
【図４】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室冷房・機器加熱サイクルを説明する図である。
【図５】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（暖房優先）を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る吸放熱システムにおける車室暖房・機器加熱サイクル（加熱優先）を説明する図である。
【図７】本実施形態に係る吸放熱システムにおけるヒートポンプサイクルで用いられる構成要素を表す図である。
【図８】本実施形態に係る吸放熱システムの各動作モードにおける熱交換器の役割とバルブ（各種弁）の状態を表す図である。
【図９】本実施形態に係る吸放熱システムにおける電動ポンプとエンジン駆動ポンプの動作状態を表す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする一の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る吸放熱システムにおけるエンジン冷却水系統とハイブリッド冷却水系統を別系統とする他の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る吸放熱システムでエンジン冷却水系統のみの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：自動車、２：車室、３：エンジン、４：スロットルボディ、５：バッテリ、６：ラジエータ、７：インバータ、８：モータ、９：ジェネレータ、１０：エンジン駆動ポンプ、１１：動力伝達手段、１２：逆止弁１、１３：電動ポンプ、１４：逆止弁２、１５：ファン、１７：ヒータコア、１８：電動ポンプ２、３０：圧縮機、３１：外気熱交換器、３３：水／冷媒熱交換器、３４：室内熱交換器、３５：バッテリ室熱交換器、３６：圧縮機インバータ、４０：第１の四方弁、４１：第２の四方弁、４２：第１の膨張弁、４３：第２の膨張弁、４４〜４９：二方弁、５０，５５，６０，６２，６３：ダクト、５１，６１：ファン、５２，５３，５４，６４，６５：ダンパ、１０１〜１０７：冷媒配管、
２００，２０２，２０４，２１０，２１２，２２０：冷却水配管、２１５，２１６，２１７：三方弁、３００：サイクル制御装置、３０１：外気温度センサ、３０２：冷却水温度センサ、３０３：バッテリ温度センサ、３０４：バッテリ温度上限値、３０５：バッテリ温度下限値、３０６：車室温度センサ、３０７：エンジンコントローラ、３０８：ハイブリッドシステムコントローラ、３０９：バッテリコントローラ、３１０：空調設定入力手段、３１１：暖気設定入力手段、３１２：タイマ、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器を有するヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系を有するエンジン系統と、を備えた自動車の吸放熱システムにおいて、
エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置し、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器をつなぐ管路上に配置し、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器をつなぐ管路上に配置し、
前記第１の膨張弁は前記外気熱交換器と第２の四方弁をつなぐ管路上に配置し、前記第２の膨張弁は前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器をつなぐ管路上に配置し、
前記第１の四方弁と前記第２の四方弁により冷媒流路を切り替え、さらに、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁を全開または開度制御することによって、車室内の冷房又は暖房と、エンジン又はモータを含む機器の冷却又は加熱と、を組み合わせた動作モードを選択可能とする
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記動作モードは、車室冷房・機器冷却（冷房優先）サイクル、車室冷房・機器冷却（冷却優先）サイクル、車室暖房・機器冷却サイクル、車室冷房・機器加熱サイクル、車室暖房・機器加熱（暖房優先）サイクル、車室暖房・機器加熱（加熱優先）サイクルのいずれかを形成する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記水／冷媒熱交換器を含む冷却水系に電動ポンプを介在させ、外部電源によるバッテリの充電の際に前記バッテリによる前記電動ポンプの稼動で前記冷却水を循環させる
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項４】
請求項１または２において、
車内外を連通するダクト内にバッテリを設置し、前記バッテリの上流側に、前記ダクトと車内をつなぐ第１の通路と前記ダクトと車外をつなぐ第２の通路を設け、前記第１と第２の通路にそれぞれダンパを設け、
前記第１と第２の通路の間のダクト内に前記ヒートポンプサイクルに接続された熱交換器を設置する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項５】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項６】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷却優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項７】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室暖房・機器冷却の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項８】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室冷房・機器加熱の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項９】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（暖房優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１０】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（加熱優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項５ないし１０のいずれか１つの請求項において、
前記動作モードは、ドライバからの冷房又は暖房要求と、車室、冷却水、外気の温度と、ハイブリッドシステムコントローラあるいはエンジンコントローラからのモータ、エンジンの出力要求値と、に基づいて選択される
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１２】
請求項５ないし１０のいずれか１つの請求項において、
車内外を連通するダクト内にバッテリを設置し、前記バッテリの上流側に、前記ダクトと車内をつなぐ第１の通路と前記ダクトと車外をつなぐ第２の通路を設け、前記第１と第２の通路にダンパを設け、さらに、前記第１と第２の通路の間のダクト内に前記車室内熱交換器と並列接続された熱交換器を設け、
車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値に基づいて、前記ダクトに設置された前記第１と第２の通路のダンパの開閉を切り替えるように制御する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器を有するヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系を有するエンジン系統と、を備えた自動車の吸放熱システムにおいて、
エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置し、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器をつなぐ管路上に配置し、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器をつなぐ管路上に配置し、
前記第１の膨張弁は前記外気熱交換器と第２の四方弁をつなぐ管路上に配置し、前記第２の膨張弁は前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器をつなぐ管路上に配置し、
前記第１の四方弁と前記第２の四方弁により冷媒流路を切り替え、さらに、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁を全開または開度制御することによって、車室内の冷房又は暖房と、エンジン又はモータを含む機器の冷却又は加熱と、を組み合わせた動作モードを選択可能とする
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記動作モードは、車室冷房・機器冷却（冷房優先）サイクル、車室冷房・機器冷却（冷却優先）サイクル、車室暖房・機器冷却サイクル、車室冷房・機器加熱サイクル、車室暖房・機器加熱（暖房優先）サイクル、車室暖房・機器加熱（加熱優先）サイクルのいずれかを形成する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記水／冷媒熱交換器を含む冷却水系に電動ポンプを介在させ、外部電源によるバッテリの充電の際に前記バッテリによる前記電動ポンプの稼動で前記冷却水を循環させる
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項４】
請求項１または２において、
車内外を連通するダクト内にバッテリを設置し、前記バッテリの上流側に、前記ダクトと車内をつなぐ第１の通路と前記ダクトと車外をつなぐ第２の通路を設け、前記第１と第２の通路にそれぞれダンパを設け、
前記第１と第２の通路の間のダクト内に前記ヒートポンプサイクルに接続された熱交換器を設置する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システム。
【請求項５】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷房優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項６】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室冷房・機器冷却（冷却優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項７】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室暖房・機器冷却の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項８】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記外気熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記外気熱交換器と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は全開制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は開度制御されることによって、車室冷房・機器加熱の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項９】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記車室内熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（暖房優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１０】
圧縮機、第１の四方弁、外気熱交換器、第１の膨張弁、車室内熱交換器をもつヒートポンプサイクルと、エンジン、エンジン冷却水系をもつエンジン系統と、を有し、エンジン冷却水とヒートポンプサイクル冷媒とが熱交換可能な水／冷媒熱交換器と、第２の四方弁と、第２の膨張弁を設置した自動車の吸放熱システムの制御方法において、
前記第１の四方弁は前記圧縮機と前記第２の四方弁との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記第２の四方弁は前記第１の四方弁と前記水／冷媒熱交換器との間に冷媒流路を形成するように切り替え制御され、前記外気熱交換器と前記第２の四方弁の間に配置された前記第１の膨張弁は開度制御され、前記水／冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器の間に配置された前記第２の膨張弁は全開制御されることによって、車室暖房・機器加熱（加熱優先）の動作モードを選択する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項５ないし１０のいずれか１つの請求項において、
前記動作モードは、ドライバからの冷房又は暖房要求と、車室、冷却水、外気の温度と、ハイブリッドシステムコントローラあるいはエンジンコントローラからのモータ、エンジンの出力要求値と、に基づいて選択される
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【請求項１２】
請求項５ないし１０のいずれか１つの請求項において、
車内外を連通するダクト内にバッテリを設置し、前記バッテリの上流側に、前記ダクトと車内をつなぐ第１の通路と前記ダクトと車外をつなぐ第２の通路を設け、前記第１と第２の通路にダンパを設け、さらに、前記第１と第２の通路の間のダクト内に前記車室内熱交換器と並列接続された熱交換器を設け、
車室温度、外気温度、車室設定温度、バッテリ温度、バッテリ温度の上限値及び下限値に基づいて、前記ダクトに設置された前記第１と第２の通路のダンパの開閉を切り替えるように制御する
ことを特徴とする自動車の吸放熱システムの制御方法。
【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２００８−３０８０８０（Ｐ２００８−３０８０８０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５８９７７（Ｐ２００７−１５８９７７）
【出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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