車両の空調装置
【課題】車両の熱源で生じた熱を効率よく車室の暖房に利用する。
【解決手段】電気自動車における車室の暖房を行う際には、その暖房にヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱が利用される。更に、電気自動車の熱源である電気機器で生じた熱が、水循環回路を循環する冷却水により回収されて同回路のヒータコア６に伝達される。そして、ヒータコア６で加熱された空気を車室に送ることで同車室の暖房が行われる。上記ヒータコア６の上流に導入される空気（車室に送られる空気）は、排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御により、外気導入モードでは外気とされる一方、内気循環モードでは車室内の空気とされる。そして、内気循環モードでの車室の暖房時においては、上記水循環回路に設けられたラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気が、ヒートポンプの低圧側熱交換器１２に流されてヒートポンプの熱媒体と熱交換される。
【解決手段】電気自動車における車室の暖房を行う際には、その暖房にヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱が利用される。更に、電気自動車の熱源である電気機器で生じた熱が、水循環回路を循環する冷却水により回収されて同回路のヒータコア６に伝達される。そして、ヒータコア６で加熱された空気を車室に送ることで同車室の暖房が行われる。上記ヒータコア６の上流に導入される空気（車室に送られる空気）は、排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御により、外気導入モードでは外気とされる一方、内気循環モードでは車室内の空気とされる。そして、内気循環モードでの車室の暖房時においては、上記水循環回路に設けられたラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気が、ヒートポンプの低圧側熱交換器１２に流されてヒートポンプの熱媒体と熱交換される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、自動車等の車両には、その車両の熱源で温度の過上昇が生じないよう同熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータ、及び、車室の暖房や冷房といった空調を行う空調装置が設けられている。この空調装置には、車両の熱源からの廃熱を利用して車室に送られる空気を加熱するヒータコアが設けられている。ただし、電気自動車やハイブリッド自動車など熱源の少ない車両では、その熱源からの熱を利用したヒータコアによる車室の暖房を行うことが困難になる。このため、特許文献２に示されるように、車両の空調装置に蒸気圧縮式のヒートポンプを設け、そのヒートポンプを用いて車室の暖房を行うことが提案されている。
【０００３】
詳しくは、上記ヒートポンプは、熱媒体を圧縮して吐出するコンプレッサと、同コンプレッサにより圧縮されて昇温した熱媒体からの放熱を行う高圧側熱交換器と、同高圧側熱交換器での放熱後の熱媒体を膨張させる膨張弁と、同膨張弁にて膨張して温度低下した熱媒体への吸熱を行う低圧側熱交換器とを備えている。こうしたヒートポンプでは、コンプレッサ、高圧側熱交換器、膨張弁、及び低圧側熱交換器といった機器を熱媒体が順に通過し、それによって熱媒体の循環が行われる。そして、空調装置は、ヒートポンプの上記高圧側熱交換器を通過する高温の熱媒体の熱を利用して車室の暖房を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４２３８公報（段落［０００９］）
【特許文献２】特開２００８−２９０５２３公報（段落［００２０］、［００２７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように空調装置に蒸気圧縮式のヒートポンプを設けることで、電気自動車やハイブリッド自動車など熱源の少ない車両においても、上記ヒートポンプを用いて車室の暖房を行うことができるようにはなる。ただし、上記空調装置が設けられる車両においても、同車両の熱源で温度の過上昇が生じないよう、同熱源で生じた熱をラジエータにて廃熱として外気に放出することが行われる。このことから分かるように、車両の熱源で生じた熱を車室の暖房に有効活用しているとは言い難く、上記熱源で生じた熱を効率よく車室の暖房に利用する面で更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両の熱源で生じた熱を効率よく車室の暖房に利用することができる車両の空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、車室の暖房を行う際、その暖房にヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱が利用される。更に、車室に送られる空気がヒータコアで加熱されることによっても同車室の暖房が行われる。このヒータコアの上流に導入される空気（車室に送られる空気）は、外気導入モードでは外気とされる一方、内気循環モードでは車室内の空気とされる。内気循環モードでの車室の暖房時、車両の熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータからの廃熱によって昇温した外気は、ヒートポンプの低圧側熱交換器に流されて同ヒートポンプの熱媒体と熱交換される。ここで、ヒートポンプにおいては、上記昇温した外気と熱媒体との低圧側熱交換器での熱交換を通じて、その外気から熱媒体への吸熱が行われて同熱媒体の温度が上昇する。このように低圧側熱交換器を通過する熱媒体の温度が上昇すると、その熱媒体が圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器を通過する際の同熱媒体の温度も上昇するため、上記高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱を利用した車室の暖房が効果的に行われる。従って、内気循環モードでの車室の暖房時、車両の熱源で生じた熱がラジエータから廃熱として放出されるとしても、その廃熱をヒートポンプにより回収して車室の暖房に用いることができ、車両の熱源で生じた熱の暖房への利用効率を向上させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、車両の熱源で生じた熱が水循環回路を循環する冷却水に伝達されて同冷却水が温度上昇する。このように温度上昇した冷却水が水循環回路のヒータコアを通過することで、同ヒータコアが冷却水からの熱を受けて温度上昇し、それによって車室に送られる空気をヒータコアで加熱することが可能になる。そして、ヒータコアで加熱された空気を車室に送ることで同車室の暖房が行われる。この場合、車両の熱源で生じた熱が水循環回路を循環する冷却水により回収されて車室の暖房に利用されることになる。ここで、内気循環モードでの車室の暖房時には、ヒータコアの上流に導入される空気が、外気に比べて温度の高い車室内の空気とされる。このため、比較的温度の高い上記空気をヒータコアで加熱して車室に送ることができ、それによって車室の暖房効率を向上することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明によれば、車室に送られる空気をヒータコアで加熱して車室の暖房を行う際、外気導入モードであれば上記ヒータコアの上流に流される空気が、車両の熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータからの廃熱によって昇温した外気とされる。このように外気導入モードでの暖房時には、ラジエータからの廃熱で昇温した外気をヒータコアで加熱して車室に送ることができるため、車室に送られる空気が温度上昇しやすくなって車室を効果的に暖房することができる。また、そうした効果的な暖房をヒータコアでの空気の加熱のみで行う場合と比較して、同暖房にラジエータからの廃熱を利用している分だけ、その暖房を実現するための暖房負荷を軽減することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、ヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱を利用して車室の暖房を行う際、外気導入モードであれば車室から出される空気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流される。これにより、ヒートポンプの低圧側熱交換器にて熱媒体と車室から出された空気とが熱交換される。ここで、車室から出された空気は、外気と比較して温度が高くなる。この空気をヒートポンプの低圧側熱交換器に流すことにより、同空気の熱を回収して車室の暖房に用いることができる。
【００１１】
なお、内気循環モードと外気導入モードとの切り換えは、請求項５記載の発明のように、ダンパを第１切換位置と第２切換位置との間で切り換えることで実現することが考えられる。ちなみに、このダンパが第１切換位置に切り換えられたときには、ラジエータからの熱の放出により昇温した外気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流されるとともに、車室の空気がヒータコアの上流に導入される。一方、ダンパが第２切換位置に切り換えられたときには、ラジエータからの熱の放出により昇温した外気がヒータコアの上流に導入されるとともに、車室から出された空気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の空調装置が適用される電気自動車の水循環回路を示す略図。
【図２】同電気自動車のヒートポンプを示す略図。
【図３】同電気自動車の車室に空調のための空気を送る構造を示す略図。
【図４】同電気自動車の車室に空調のための空気を送る構造を示す略図。
【図５】空調装置の電気的構成を示すブロック図。
【図６】排出用ダンパ及び内外気切換ダンパの制御手順を示すフローチャート。
【図７】内外気切換ダンパの他の例を示す略図。
【図８】内外気切換ダンパの他の例を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を電気自動車の空調装置に具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
電気自動車には、図１に示される水循環回路１が設けられている。この水循環回路１では、電気自動車において熱源となるモータやインバータなどの電気機器２を冷却する冷却水が循環する。
【００１４】
水循環回路１においては、ポンプ３から吐出された冷却水が上記電気機器２を通過した後、サーモスタット４に流れる。上記冷却水が電気機器２を通過する際には、その冷却水と電気機器２との間で熱交換が行われる。このため、電気機器２の温度が冷却水の温度よりも高いときには、同電気機器２の熱が冷却水によって奪われる。その結果、電気機器２の冷却が行われる一方、電気機器２の熱を受けた冷却水が温度上昇する。水循環回路１におけるサーモスタット４の下流は、経路１ａと経路１ｂとに分岐している。これら経路１ａと経路１ｂとは、上記ポンプ３の上流で合流しており、合流して一つになった状態でポンプ３に接続されている。従って、水循環回路１において、ポンプ３から吐出された冷却水は、電気機器２及びサーモスタット４を通過した後、ポンプ３に戻るようになる。
【００１５】
なお、上記経路１ａには、水循環回路１内の冷却水の熱を外気に放出するためのラジエータ５が設けられている。このラジエータ５を通過した冷却水は、同ラジエータ５での外気との熱交換を通じて温度低下する。また、上記経路１ｂには、水循環回路１内の冷却水と電気自動車の車室７に送られる空気との間で熱交換を行うヒータコア６が設けられている。このヒータコア６での上記熱交換を通じて温度上昇した空気を車室７に送ることで、電気自動車における車室７の暖房（加熱）が行われる。従って、水循環回路１のヒータコア６は、電気自動車の空調装置において、車室７の暖房を行うための機器として機能する。
【００１６】
水循環回路１における上記サーモスタット４は、同回路１内における経路１ｂを通過する冷却水の循環を常に許容する一方、その冷却水の温度に基づいて経路１ａ（ラジエータ５）の冷却水の通過を禁止したり許容したりする。詳しくは、サーモスタット４は、経路１ｂに流れる上記冷却水の温度が予め定められた判定値未満であるときには経路１ａの冷却水の通過を禁止する一方、その冷却水の温度が上記判定値以上であるときには経路１ａの冷却水の通過禁止を解除して同冷却水の通過を許容する。従って、水循環回路１内の冷却水の温度が上記判定値以上になると、同冷却水が経路１ａのラジエータ５を通過するようになり、その際にラジエータ５にて冷却水の熱が外気に放出される。これにより、水循環回路１内を循環する冷却水の温度が過度に上昇することは抑制される。
【００１７】
ところで、電気自動車では、車室７の暖房に利用される熱源として電気機器２が存在するものの同熱源で生じる熱が少ないことから、電気機器２の廃熱を利用したヒータコア６による車室７の暖房を行ったとしても、そのときの暖房要求に対応できない可能性が高い。このため、電気自動車の空調装置は、車室７の暖房を行うための装置として、図２に示される蒸気圧縮式のヒートポンプ８も設けられている。
【００１８】
ヒートポンプ８は、熱媒体を圧縮して吐出するコンプレッサ９と、同コンプレッサ９により圧縮されて昇温した熱媒体からの放熱を行う高圧側熱交換器１０と、同高圧側熱交換器１０での放熱後の熱媒体を膨張させる膨張弁１１と、同膨張弁１１にて膨張して温度低下した熱媒体への吸熱を行う低圧側熱交換器１２とを備えている。同ヒートポンプ８では、熱媒体がコンプレッサ９、高圧側熱交換器１０、膨張弁１１、及び低圧側熱交換器１２といった機器を順に通過し、それによって熱媒体の循環が行われる。そして、空調装置は、ヒートポンプ８の上記高圧側熱交換器１０を通過する高温の熱媒体の熱を利用して車室７の暖房を行う。
【００１９】
具体的には、車室７に送られる空気を上記高圧側熱交換器１０で加熱することで車室７の暖房を行ったり、車室７内の座席等を上記高圧側熱交換器１０で加熱することで車室７の暖房を行ったりすることが考えられる。なお、車室７に送られる空気を上記高圧側熱交換器１０で加熱することで車室７の暖房を行う場合、ヒータコア６（図１）を通過する空気の流れの上流もしくは下流に上記高圧側熱交換器１０を配置することが、その高圧側熱交換器１０の搭載スペースを節約するうえで好ましい。
【００２０】
次に、車室７に空調のための空気を送る構造について、図３及び図４を参照して詳しく説明する。
空調装置には、図３に示すように、上記ラジエータ５に外気を導入する第１ダクト１３と、ラジエータ５を通過した外気を下流に流す第２ダクト１４とが設けられている。上記ラジエータ５からはそこを通過する冷却水の熱が放出されるため、上記第１ダクト１３からラジエータ５に導入された外気は、そのラジエータ５からの廃熱により昇温した状態で第２ダクト１４に流れる。
【００２１】
このようにラジエータ５からの廃熱により昇温した外気が流れ込む第２ダクト１４は、通路１４ａと通路１４ｂとの二つに分岐している。また、第２ダクト１４には、通路１４ａと通路１４ｂとのうちの一方を同ダクト１４内を流れる外気の通路とすべく、図中の実線で示される導入位置と二点鎖線で示される排出位置との間で切り換え動作する排出用ダンパ１５が設けられている。この排出用ダンパ１５が導入位置（実線）に切り換えられると、第２ダクト１４内を流れる外気の通路として通路１４ａが選択される。一方、排出用ダンパ１５が導入位置（実線）に切り換えられると、第２ダクト１４内を流れる外気の通路として通路１４ｂが選択される。このように第２ダクト１４内を流れる外気の通路として通路１４ｂが選択されると、ヒータコア６を通過した外気が通路１４ｂを介して車外に排出される。
【００２２】
更に、第２ダクト１４における通路１４ａの下流には、その通路１４ａを通過した後の外気を水循環回路１（図１）のヒータコア６の上流に導入したり、ヒートポンプ８（図１）の低圧側熱交換器１２に流したりするための第３ダクト１６が設けられている。第３ダクト１６は、第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を上記ヒータコア６の上流に導入するための通路１６ａを備えている。この通路１６ａによってヒータコア６の上流に導入された外気は、同ヒータコア６を通過した後に車室７に送られる。また、第３ダクト１６は、第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を上記低圧側熱交換器１２に流すための通路１６ｂも備えている。この通路１６ｂによって低圧側熱交換器１２に流れた外気は、同低圧側熱交換器１２を通過した後に車外に放出される。第３ダクト１６の通路１６ａ及び通路１６ｂはそれぞれ、第２ダクト１４の通路１４ａと連通可能であり、且つ車室７とも連通可能となっている。
【００２３】
空調装置において、第２ダクト１４の通路１４ａと第３ダクト１６との間には、第３ダクト１６における通路１６ａと通路１６ｂとのうちの一方を第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を流すための通路とすべく動作する内外気切換ダンパ１７が設けられている。この内外気切換ダンパ１７は、図中の実線で示される第１切換位置と二点鎖線で示される第２切換位置との間で切り換え動作する。そして、この内外気切換ダンパ１７が第１切換位置（実線）に切り換えられると、通路１６ｂが第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を流すための通路として選択される。このときには、通路１６ａが車室７と連通し、それによって車室７から出た空気が通路１６ａを流れる。通路１６ａに流れた上記空気は、ヒータコア６を通過した後、車室７に戻るようになる。一方、内外気切換ダンパ１７が第２切換位置（二点鎖線）に切り換えられると、図４に示すように通路１６ａが第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を流すための通路として選択される。このときには、通路１６ｂが車室７と連通し、それによって車室７から出た空気が通路１６ｂを流れる。通路１６ｂに流れた上記空気は、低圧側熱交換器１２を通過した後に車外に放出されるようになる。
【００２４】
なお、車室７の暖房時には、排出用ダンパ１５が導入位置（図３の実線）に切り換えられるとともに、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置（実線）と第２切換位置（二点鎖線）とのうちのいずれかに切り換えられる。そして、車室７の暖房時、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置に切り換えられると、図３に示すようにヒータコア６の上流に導入する空気を車室７内の空気とする内気循環モードになる。この内気循環モードでは、車室７から出た空気がヒータコア６の上流に導入されるとともに、ラジエータ５からの廃熱により昇温した外気が低圧側熱交換器１２に流される。また、車室７の暖房時、内外気切換ダンパ１７が第２切換位置に切り換えられると、図４に示すようにヒータコア６の上流に導入する空気を外気とする外気導入モードになる。この外気導入モードでは、ラジエータ５からの廃熱により昇温した外気がヒータコア６の上流に導入されるとともに、車室７から出た空気が低圧側熱交換器１２に流される。
【００２５】
次に、空調装置の電気的構成について図５を参照して説明する。
空調装置には、同装置の各種機器を駆動制御するための電子制御装置２１が設けられている。この電子制御装置２１は、上記各種機器の駆動制御に係る演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。
【００２６】
電子制御装置２１の入力ポートには、以下に示すセンサ及びスイッチ等からの信号が入力される。
・車室７の空気の温度を検出する車室内温センサ２２。
【００２７】
・車室７での日射量を検出する日射量センサ２３。
・内規循環モードと外気循環モードとを切り換えるべく電気自動車の乗員により操作される内外気切換スイッチ２４。
【００２８】
・車室７の温度を調整するために電気自動車の乗員により操作される室温設定スイッチ２５。
電子制御装置２１の出力ポートには、排出用ダンパ１５の駆動回路、及び内外気切換ダンパ１７の駆動回路等が接続されている。
【００２９】
ここで、電子制御装置２１による排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御について、ダンパ制御ルーチンを示す図６のフローチャートを参照して説明する。このダンパ制御ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３０】
同ルーチンにおいては、まず、室温設定スイッチ２５からの信号に基づいて冬季であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。ここで否定判定であって夏季である旨判断されると、排出用ダンパ１５が排出位置に切り換えられることにより、ラジエータ５からの廃熱を回収して昇温した外気が車外に放出される（Ｓ１０６）。一方、Ｓ１０１で肯定判定がなされると、車室７の暖房要求があるか否かが判断される（Ｓ１０２）。なお、車室７の暖房要求の有無は、車室内温センサ２２の検出信号から求められる車室内の空気の温度と、その空気の温度の目標値である目標車室内温度とに基づいて把握することが可能である。上記目標車室内温度は、乗員が室温設定スイッチ２５により定めた車室７内の設定温度、車室７内の実際の温度、及び、車室７内への日射量などに基づいて求められる値である。
【００３１】
Ｓ１０２の処理で暖房要求がある旨判断されると、乗員により操作される内外気切換スイッチ２４からの信号に基づいて内気循環モードであるか否かが判断される（Ｓ１０３）。ここで肯定判定であれば、排出用ダンパ１５が導入位置に切り換えられるとともに、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置に切り換えられることにより、ラジエータ５からの廃熱を回収して昇温した外気が低圧側熱交換器１２に流される（Ｓ１０４）。一方、Ｓ１０３で否定判定がなされて外気導入モードである旨判断されると、排出用ダンパ１５が導入位置に切り換えられるとともに、内外気切換ダンパ１７が第２切換位置に切り換えられることにより、ラジエータ５からの廃熱を回収して昇温した外気がヒータコア６の上流に導入される（Ｓ１０５）。
【００３２】
次に、空調装置において、上述したように排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７を駆動制御することによる作用について説明する。
電気自動車における車室７の暖房を行う際には、その暖房に図２に示すヒートポンプ８の高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱が利用される。すなわち、車室７に送られる空気が上記高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱によって加熱される。そして、その加熱された空気を車室７に送ることによって車室７の暖房が行われる。また、電気自動車においては、 図１に示す電気機器２で生じた熱が水循環回路１を循環する冷却水に伝達され、それによって同冷却水が温度上昇する。このように温度上昇した冷却水が水循環回路１のヒータコア６を通過することで、同ヒータコア６が冷却水からの熱を受けて温度上昇し、それによって車室７に送られる空気をヒータコア６で加熱することが可能になる。そして、ヒータコア６で加熱された空気を車室７に送ることでも同車室７の暖房が行われる。この場合、電気自動車の熱源（電気機器２）で生じた熱が水循環回路１を循環する冷却水により回収されて車室７の暖房に利用されることになる。
【００３３】
上記ヒータコア６の上流に導入される空気（車室に送られる空気）は、外気導入モードでは図３に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて外気とされる一方、内気循環モードでは排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて車室７内の空気とされる。そして、内気循環モードでの車室の暖房時においては、電気機器２（図１）で生じた熱を外気に放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気が、低圧側熱交換器１２に流されてヒートポンプ８の熱媒体と熱交換される。ここで、ヒートポンプ８（図２）においては、上記昇温した外気と熱媒体との低圧側熱交換器１２での熱交換を通じて、その外気から熱媒体への吸熱が行われて同熱媒体の温度が上昇する。このように低圧側熱交換器１２を通過する熱媒体の温度が上昇すると、その熱媒体がコンプレッサ９により圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器１０を通過する際の同熱媒体の温度も上昇するため、上記高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱を利用した車室７の暖房が効果的に行われる。
【００３４】
また、内気循環モードでの車室７の暖房時には、ヒータコア６の上流に導入される空気が、図３に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて外気に比べて温度の高い車室７内の空気とされる。このため、比較的温度の高い上記空気をヒータコア６で加熱して車室７に送ることができ、それによって車室７の暖房効率を向上させることができる。
【００３５】
一方、外気導入モードでの車室７の暖房時にヒータコア６で車室７に送られる空気を加熱する際、そのヒータコア６の上流に流される空気は、図４に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて電気自動車の電気機器２（図１）で生じた熱を外気に放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気とされる。このように外気導入モードでの暖房時には、ラジエータ５からの廃熱で昇温した外気をヒータコア６で加熱して車室７に送ることができるため、車室７に送られる空気が温度上昇しやすくなって車室７を効果的に暖房することができる。また、そうした効果的な暖房をヒータコア６での空気の加熱のみで行う場合と比較して、同暖房にラジエータ５からの廃熱を利用している分だけ、その暖房を実現するための暖房負荷を軽減することができる。
【００３６】
更に、外気導入モードでの暖房時、ヒートポンプ８（図２）の高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱を利用して車室７の暖房を行う際には、その車室７から出される空気が図４に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じてヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流される。これにより、ヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２にて熱媒体と車室７から出された空気とが熱交換される。ここで、車室７から出された空気は、外気と比較して温度が高くなる。この空気をヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流すことで、同空気の熱を回収して車室７の暖房に用いることができる。
【００３７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）内気循環モードでの車室７の暖房時、電気機器２を冷却する冷却水の熱を放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気をヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流すことにより、上記電気機器２で生じた熱を効率よく車室７の暖房に利用することができる。
【００３８】
（２）また、内気循環モードでの車室７の暖房時には、ヒータコア６の上流に導入される空気が外気に比べて温度の高い車室７内の空気とされる。このため、その空気をヒータコア６で加熱した後に車室７に送ることにより、同車室７の暖房効率を向上させることができる。
【００３９】
（３）外気導入モードでの車室７の暖房時、ヒータコア６で車室７に送られる空気を加熱する際、そのヒータコア６の上流に流される空気は、電気機器２で生じた熱を外気に放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気とされる。このため、車室７に送られる空気が温度上昇しやすくなって車室７を効果的に暖房することができる。
【００４０】
（４）更に、外気導入モードでの暖房時、ヒートポンプ８の高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱を利用して車室７の暖房を行う際には、その車室７から出される空気がヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流される。このように車室７から出された空気は外気と比較して温度が高くなるため、同空気をヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流すことで、同空気の熱を効果的に回収して車室７の暖房に用いることができる。
【００４１】
［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・内外気切換ダンパ１７は、図７及び図８に示す構造のものを採用してもよい。この内外気切換ダンパ１７も、図７の実線で示す第１切換位置と二点鎖線で示す第２切換位置との間で切り換え動作する。そして、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置（実線）に切り換えられると、車室７内の空気をヒータコア６の上流に導入する内気循環モードとなる。また、内外気切換ダンパ１７が図８に示すように第２切換位置に切り換えられると、外気をヒータコア６の上流に導入する外気導入モードとなる。このときには、車室７から出た空気がヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流される。
【００４２】
・ヒータコア６は、水循環回路１を循環する冷却水により電気自動車の熱源（電気機器２）からの熱を受けて車室７に送られる空気を加熱するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ヒータコア６を水循環回路１と別に設け、ヒートポンプ８の高圧側熱交換器１０からの熱を受けて車室７に送られる空気を加熱するものとしてもよい。
【００４３】
・内燃機関とモータとの二種類の原動機を備えたハイブリッド自動車など、電気自動車以外の熱源の少ない車両に本発明を適用してもよい。なお、上記ハイブリッド自動車に本発明を適用した場合、内燃機関も同車両の熱源となるため、内燃機関からの熱を水循環回路を循環する冷却水によって回収して暖房に利用することが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１…水循環回路、１ａ，１ｂ…経路、２…電気機器、３…ポンプ、４…サーモスタット、５…ラジエータ、６…ヒータコア、７…車室、８…ヒートポンプ、９…コンプレッサ、１０…高圧側熱交換器、１１…膨張弁、１２…低圧側熱交換器、１３…第１ダクト、１４…第２ダクト、１４ａ，１４ｂ…通路、１５…排出用ダンパ、１６…第３ダクト、１６ａ，１６ｂ…通路、１７…内外気切換ダンパ、２１…電子制御装置、２２…車室内温センサ、２３…日射量センサ、２４…内外気切換スイッチ、２５…室温設定スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、自動車等の車両には、その車両の熱源で温度の過上昇が生じないよう同熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータ、及び、車室の暖房や冷房といった空調を行う空調装置が設けられている。この空調装置には、車両の熱源からの廃熱を利用して車室に送られる空気を加熱するヒータコアが設けられている。ただし、電気自動車やハイブリッド自動車など熱源の少ない車両では、その熱源からの熱を利用したヒータコアによる車室の暖房を行うことが困難になる。このため、特許文献２に示されるように、車両の空調装置に蒸気圧縮式のヒートポンプを設け、そのヒートポンプを用いて車室の暖房を行うことが提案されている。
【０００３】
詳しくは、上記ヒートポンプは、熱媒体を圧縮して吐出するコンプレッサと、同コンプレッサにより圧縮されて昇温した熱媒体からの放熱を行う高圧側熱交換器と、同高圧側熱交換器での放熱後の熱媒体を膨張させる膨張弁と、同膨張弁にて膨張して温度低下した熱媒体への吸熱を行う低圧側熱交換器とを備えている。こうしたヒートポンプでは、コンプレッサ、高圧側熱交換器、膨張弁、及び低圧側熱交換器といった機器を熱媒体が順に通過し、それによって熱媒体の循環が行われる。そして、空調装置は、ヒートポンプの上記高圧側熱交換器を通過する高温の熱媒体の熱を利用して車室の暖房を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４２３８公報（段落［０００９］）
【特許文献２】特開２００８−２９０５２３公報（段落［００２０］、［００２７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように空調装置に蒸気圧縮式のヒートポンプを設けることで、電気自動車やハイブリッド自動車など熱源の少ない車両においても、上記ヒートポンプを用いて車室の暖房を行うことができるようにはなる。ただし、上記空調装置が設けられる車両においても、同車両の熱源で温度の過上昇が生じないよう、同熱源で生じた熱をラジエータにて廃熱として外気に放出することが行われる。このことから分かるように、車両の熱源で生じた熱を車室の暖房に有効活用しているとは言い難く、上記熱源で生じた熱を効率よく車室の暖房に利用する面で更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両の熱源で生じた熱を効率よく車室の暖房に利用することができる車両の空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、車室の暖房を行う際、その暖房にヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱が利用される。更に、車室に送られる空気がヒータコアで加熱されることによっても同車室の暖房が行われる。このヒータコアの上流に導入される空気（車室に送られる空気）は、外気導入モードでは外気とされる一方、内気循環モードでは車室内の空気とされる。内気循環モードでの車室の暖房時、車両の熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータからの廃熱によって昇温した外気は、ヒートポンプの低圧側熱交換器に流されて同ヒートポンプの熱媒体と熱交換される。ここで、ヒートポンプにおいては、上記昇温した外気と熱媒体との低圧側熱交換器での熱交換を通じて、その外気から熱媒体への吸熱が行われて同熱媒体の温度が上昇する。このように低圧側熱交換器を通過する熱媒体の温度が上昇すると、その熱媒体が圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器を通過する際の同熱媒体の温度も上昇するため、上記高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱を利用した車室の暖房が効果的に行われる。従って、内気循環モードでの車室の暖房時、車両の熱源で生じた熱がラジエータから廃熱として放出されるとしても、その廃熱をヒートポンプにより回収して車室の暖房に用いることができ、車両の熱源で生じた熱の暖房への利用効率を向上させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、車両の熱源で生じた熱が水循環回路を循環する冷却水に伝達されて同冷却水が温度上昇する。このように温度上昇した冷却水が水循環回路のヒータコアを通過することで、同ヒータコアが冷却水からの熱を受けて温度上昇し、それによって車室に送られる空気をヒータコアで加熱することが可能になる。そして、ヒータコアで加熱された空気を車室に送ることで同車室の暖房が行われる。この場合、車両の熱源で生じた熱が水循環回路を循環する冷却水により回収されて車室の暖房に利用されることになる。ここで、内気循環モードでの車室の暖房時には、ヒータコアの上流に導入される空気が、外気に比べて温度の高い車室内の空気とされる。このため、比較的温度の高い上記空気をヒータコアで加熱して車室に送ることができ、それによって車室の暖房効率を向上することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明によれば、車室に送られる空気をヒータコアで加熱して車室の暖房を行う際、外気導入モードであれば上記ヒータコアの上流に流される空気が、車両の熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータからの廃熱によって昇温した外気とされる。このように外気導入モードでの暖房時には、ラジエータからの廃熱で昇温した外気をヒータコアで加熱して車室に送ることができるため、車室に送られる空気が温度上昇しやすくなって車室を効果的に暖房することができる。また、そうした効果的な暖房をヒータコアでの空気の加熱のみで行う場合と比較して、同暖房にラジエータからの廃熱を利用している分だけ、その暖房を実現するための暖房負荷を軽減することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、ヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱を利用して車室の暖房を行う際、外気導入モードであれば車室から出される空気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流される。これにより、ヒートポンプの低圧側熱交換器にて熱媒体と車室から出された空気とが熱交換される。ここで、車室から出された空気は、外気と比較して温度が高くなる。この空気をヒートポンプの低圧側熱交換器に流すことにより、同空気の熱を回収して車室の暖房に用いることができる。
【００１１】
なお、内気循環モードと外気導入モードとの切り換えは、請求項５記載の発明のように、ダンパを第１切換位置と第２切換位置との間で切り換えることで実現することが考えられる。ちなみに、このダンパが第１切換位置に切り換えられたときには、ラジエータからの熱の放出により昇温した外気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流されるとともに、車室の空気がヒータコアの上流に導入される。一方、ダンパが第２切換位置に切り換えられたときには、ラジエータからの熱の放出により昇温した外気がヒータコアの上流に導入されるとともに、車室から出された空気がヒートポンプの低圧側熱交換器に流される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の空調装置が適用される電気自動車の水循環回路を示す略図。
【図２】同電気自動車のヒートポンプを示す略図。
【図３】同電気自動車の車室に空調のための空気を送る構造を示す略図。
【図４】同電気自動車の車室に空調のための空気を送る構造を示す略図。
【図５】空調装置の電気的構成を示すブロック図。
【図６】排出用ダンパ及び内外気切換ダンパの制御手順を示すフローチャート。
【図７】内外気切換ダンパの他の例を示す略図。
【図８】内外気切換ダンパの他の例を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を電気自動車の空調装置に具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
電気自動車には、図１に示される水循環回路１が設けられている。この水循環回路１では、電気自動車において熱源となるモータやインバータなどの電気機器２を冷却する冷却水が循環する。
【００１４】
水循環回路１においては、ポンプ３から吐出された冷却水が上記電気機器２を通過した後、サーモスタット４に流れる。上記冷却水が電気機器２を通過する際には、その冷却水と電気機器２との間で熱交換が行われる。このため、電気機器２の温度が冷却水の温度よりも高いときには、同電気機器２の熱が冷却水によって奪われる。その結果、電気機器２の冷却が行われる一方、電気機器２の熱を受けた冷却水が温度上昇する。水循環回路１におけるサーモスタット４の下流は、経路１ａと経路１ｂとに分岐している。これら経路１ａと経路１ｂとは、上記ポンプ３の上流で合流しており、合流して一つになった状態でポンプ３に接続されている。従って、水循環回路１において、ポンプ３から吐出された冷却水は、電気機器２及びサーモスタット４を通過した後、ポンプ３に戻るようになる。
【００１５】
なお、上記経路１ａには、水循環回路１内の冷却水の熱を外気に放出するためのラジエータ５が設けられている。このラジエータ５を通過した冷却水は、同ラジエータ５での外気との熱交換を通じて温度低下する。また、上記経路１ｂには、水循環回路１内の冷却水と電気自動車の車室７に送られる空気との間で熱交換を行うヒータコア６が設けられている。このヒータコア６での上記熱交換を通じて温度上昇した空気を車室７に送ることで、電気自動車における車室７の暖房（加熱）が行われる。従って、水循環回路１のヒータコア６は、電気自動車の空調装置において、車室７の暖房を行うための機器として機能する。
【００１６】
水循環回路１における上記サーモスタット４は、同回路１内における経路１ｂを通過する冷却水の循環を常に許容する一方、その冷却水の温度に基づいて経路１ａ（ラジエータ５）の冷却水の通過を禁止したり許容したりする。詳しくは、サーモスタット４は、経路１ｂに流れる上記冷却水の温度が予め定められた判定値未満であるときには経路１ａの冷却水の通過を禁止する一方、その冷却水の温度が上記判定値以上であるときには経路１ａの冷却水の通過禁止を解除して同冷却水の通過を許容する。従って、水循環回路１内の冷却水の温度が上記判定値以上になると、同冷却水が経路１ａのラジエータ５を通過するようになり、その際にラジエータ５にて冷却水の熱が外気に放出される。これにより、水循環回路１内を循環する冷却水の温度が過度に上昇することは抑制される。
【００１７】
ところで、電気自動車では、車室７の暖房に利用される熱源として電気機器２が存在するものの同熱源で生じる熱が少ないことから、電気機器２の廃熱を利用したヒータコア６による車室７の暖房を行ったとしても、そのときの暖房要求に対応できない可能性が高い。このため、電気自動車の空調装置は、車室７の暖房を行うための装置として、図２に示される蒸気圧縮式のヒートポンプ８も設けられている。
【００１８】
ヒートポンプ８は、熱媒体を圧縮して吐出するコンプレッサ９と、同コンプレッサ９により圧縮されて昇温した熱媒体からの放熱を行う高圧側熱交換器１０と、同高圧側熱交換器１０での放熱後の熱媒体を膨張させる膨張弁１１と、同膨張弁１１にて膨張して温度低下した熱媒体への吸熱を行う低圧側熱交換器１２とを備えている。同ヒートポンプ８では、熱媒体がコンプレッサ９、高圧側熱交換器１０、膨張弁１１、及び低圧側熱交換器１２といった機器を順に通過し、それによって熱媒体の循環が行われる。そして、空調装置は、ヒートポンプ８の上記高圧側熱交換器１０を通過する高温の熱媒体の熱を利用して車室７の暖房を行う。
【００１９】
具体的には、車室７に送られる空気を上記高圧側熱交換器１０で加熱することで車室７の暖房を行ったり、車室７内の座席等を上記高圧側熱交換器１０で加熱することで車室７の暖房を行ったりすることが考えられる。なお、車室７に送られる空気を上記高圧側熱交換器１０で加熱することで車室７の暖房を行う場合、ヒータコア６（図１）を通過する空気の流れの上流もしくは下流に上記高圧側熱交換器１０を配置することが、その高圧側熱交換器１０の搭載スペースを節約するうえで好ましい。
【００２０】
次に、車室７に空調のための空気を送る構造について、図３及び図４を参照して詳しく説明する。
空調装置には、図３に示すように、上記ラジエータ５に外気を導入する第１ダクト１３と、ラジエータ５を通過した外気を下流に流す第２ダクト１４とが設けられている。上記ラジエータ５からはそこを通過する冷却水の熱が放出されるため、上記第１ダクト１３からラジエータ５に導入された外気は、そのラジエータ５からの廃熱により昇温した状態で第２ダクト１４に流れる。
【００２１】
このようにラジエータ５からの廃熱により昇温した外気が流れ込む第２ダクト１４は、通路１４ａと通路１４ｂとの二つに分岐している。また、第２ダクト１４には、通路１４ａと通路１４ｂとのうちの一方を同ダクト１４内を流れる外気の通路とすべく、図中の実線で示される導入位置と二点鎖線で示される排出位置との間で切り換え動作する排出用ダンパ１５が設けられている。この排出用ダンパ１５が導入位置（実線）に切り換えられると、第２ダクト１４内を流れる外気の通路として通路１４ａが選択される。一方、排出用ダンパ１５が導入位置（実線）に切り換えられると、第２ダクト１４内を流れる外気の通路として通路１４ｂが選択される。このように第２ダクト１４内を流れる外気の通路として通路１４ｂが選択されると、ヒータコア６を通過した外気が通路１４ｂを介して車外に排出される。
【００２２】
更に、第２ダクト１４における通路１４ａの下流には、その通路１４ａを通過した後の外気を水循環回路１（図１）のヒータコア６の上流に導入したり、ヒートポンプ８（図１）の低圧側熱交換器１２に流したりするための第３ダクト１６が設けられている。第３ダクト１６は、第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を上記ヒータコア６の上流に導入するための通路１６ａを備えている。この通路１６ａによってヒータコア６の上流に導入された外気は、同ヒータコア６を通過した後に車室７に送られる。また、第３ダクト１６は、第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を上記低圧側熱交換器１２に流すための通路１６ｂも備えている。この通路１６ｂによって低圧側熱交換器１２に流れた外気は、同低圧側熱交換器１２を通過した後に車外に放出される。第３ダクト１６の通路１６ａ及び通路１６ｂはそれぞれ、第２ダクト１４の通路１４ａと連通可能であり、且つ車室７とも連通可能となっている。
【００２３】
空調装置において、第２ダクト１４の通路１４ａと第３ダクト１６との間には、第３ダクト１６における通路１６ａと通路１６ｂとのうちの一方を第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を流すための通路とすべく動作する内外気切換ダンパ１７が設けられている。この内外気切換ダンパ１７は、図中の実線で示される第１切換位置と二点鎖線で示される第２切換位置との間で切り換え動作する。そして、この内外気切換ダンパ１７が第１切換位置（実線）に切り換えられると、通路１６ｂが第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を流すための通路として選択される。このときには、通路１６ａが車室７と連通し、それによって車室７から出た空気が通路１６ａを流れる。通路１６ａに流れた上記空気は、ヒータコア６を通過した後、車室７に戻るようになる。一方、内外気切換ダンパ１７が第２切換位置（二点鎖線）に切り換えられると、図４に示すように通路１６ａが第２ダクト１４の通路１４ａを通過した後の外気を流すための通路として選択される。このときには、通路１６ｂが車室７と連通し、それによって車室７から出た空気が通路１６ｂを流れる。通路１６ｂに流れた上記空気は、低圧側熱交換器１２を通過した後に車外に放出されるようになる。
【００２４】
なお、車室７の暖房時には、排出用ダンパ１５が導入位置（図３の実線）に切り換えられるとともに、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置（実線）と第２切換位置（二点鎖線）とのうちのいずれかに切り換えられる。そして、車室７の暖房時、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置に切り換えられると、図３に示すようにヒータコア６の上流に導入する空気を車室７内の空気とする内気循環モードになる。この内気循環モードでは、車室７から出た空気がヒータコア６の上流に導入されるとともに、ラジエータ５からの廃熱により昇温した外気が低圧側熱交換器１２に流される。また、車室７の暖房時、内外気切換ダンパ１７が第２切換位置に切り換えられると、図４に示すようにヒータコア６の上流に導入する空気を外気とする外気導入モードになる。この外気導入モードでは、ラジエータ５からの廃熱により昇温した外気がヒータコア６の上流に導入されるとともに、車室７から出た空気が低圧側熱交換器１２に流される。
【００２５】
次に、空調装置の電気的構成について図５を参照して説明する。
空調装置には、同装置の各種機器を駆動制御するための電子制御装置２１が設けられている。この電子制御装置２１は、上記各種機器の駆動制御に係る演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。
【００２６】
電子制御装置２１の入力ポートには、以下に示すセンサ及びスイッチ等からの信号が入力される。
・車室７の空気の温度を検出する車室内温センサ２２。
【００２７】
・車室７での日射量を検出する日射量センサ２３。
・内規循環モードと外気循環モードとを切り換えるべく電気自動車の乗員により操作される内外気切換スイッチ２４。
【００２８】
・車室７の温度を調整するために電気自動車の乗員により操作される室温設定スイッチ２５。
電子制御装置２１の出力ポートには、排出用ダンパ１５の駆動回路、及び内外気切換ダンパ１７の駆動回路等が接続されている。
【００２９】
ここで、電子制御装置２１による排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御について、ダンパ制御ルーチンを示す図６のフローチャートを参照して説明する。このダンパ制御ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３０】
同ルーチンにおいては、まず、室温設定スイッチ２５からの信号に基づいて冬季であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。ここで否定判定であって夏季である旨判断されると、排出用ダンパ１５が排出位置に切り換えられることにより、ラジエータ５からの廃熱を回収して昇温した外気が車外に放出される（Ｓ１０６）。一方、Ｓ１０１で肯定判定がなされると、車室７の暖房要求があるか否かが判断される（Ｓ１０２）。なお、車室７の暖房要求の有無は、車室内温センサ２２の検出信号から求められる車室内の空気の温度と、その空気の温度の目標値である目標車室内温度とに基づいて把握することが可能である。上記目標車室内温度は、乗員が室温設定スイッチ２５により定めた車室７内の設定温度、車室７内の実際の温度、及び、車室７内への日射量などに基づいて求められる値である。
【００３１】
Ｓ１０２の処理で暖房要求がある旨判断されると、乗員により操作される内外気切換スイッチ２４からの信号に基づいて内気循環モードであるか否かが判断される（Ｓ１０３）。ここで肯定判定であれば、排出用ダンパ１５が導入位置に切り換えられるとともに、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置に切り換えられることにより、ラジエータ５からの廃熱を回収して昇温した外気が低圧側熱交換器１２に流される（Ｓ１０４）。一方、Ｓ１０３で否定判定がなされて外気導入モードである旨判断されると、排出用ダンパ１５が導入位置に切り換えられるとともに、内外気切換ダンパ１７が第２切換位置に切り換えられることにより、ラジエータ５からの廃熱を回収して昇温した外気がヒータコア６の上流に導入される（Ｓ１０５）。
【００３２】
次に、空調装置において、上述したように排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７を駆動制御することによる作用について説明する。
電気自動車における車室７の暖房を行う際には、その暖房に図２に示すヒートポンプ８の高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱が利用される。すなわち、車室７に送られる空気が上記高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱によって加熱される。そして、その加熱された空気を車室７に送ることによって車室７の暖房が行われる。また、電気自動車においては、 図１に示す電気機器２で生じた熱が水循環回路１を循環する冷却水に伝達され、それによって同冷却水が温度上昇する。このように温度上昇した冷却水が水循環回路１のヒータコア６を通過することで、同ヒータコア６が冷却水からの熱を受けて温度上昇し、それによって車室７に送られる空気をヒータコア６で加熱することが可能になる。そして、ヒータコア６で加熱された空気を車室７に送ることでも同車室７の暖房が行われる。この場合、電気自動車の熱源（電気機器２）で生じた熱が水循環回路１を循環する冷却水により回収されて車室７の暖房に利用されることになる。
【００３３】
上記ヒータコア６の上流に導入される空気（車室に送られる空気）は、外気導入モードでは図３に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて外気とされる一方、内気循環モードでは排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて車室７内の空気とされる。そして、内気循環モードでの車室の暖房時においては、電気機器２（図１）で生じた熱を外気に放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気が、低圧側熱交換器１２に流されてヒートポンプ８の熱媒体と熱交換される。ここで、ヒートポンプ８（図２）においては、上記昇温した外気と熱媒体との低圧側熱交換器１２での熱交換を通じて、その外気から熱媒体への吸熱が行われて同熱媒体の温度が上昇する。このように低圧側熱交換器１２を通過する熱媒体の温度が上昇すると、その熱媒体がコンプレッサ９により圧縮されて昇温した状態となって高圧側熱交換器１０を通過する際の同熱媒体の温度も上昇するため、上記高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱を利用した車室７の暖房が効果的に行われる。
【００３４】
また、内気循環モードでの車室７の暖房時には、ヒータコア６の上流に導入される空気が、図３に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて外気に比べて温度の高い車室７内の空気とされる。このため、比較的温度の高い上記空気をヒータコア６で加熱して車室７に送ることができ、それによって車室７の暖房効率を向上させることができる。
【００３５】
一方、外気導入モードでの車室７の暖房時にヒータコア６で車室７に送られる空気を加熱する際、そのヒータコア６の上流に流される空気は、図４に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じて電気自動車の電気機器２（図１）で生じた熱を外気に放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気とされる。このように外気導入モードでの暖房時には、ラジエータ５からの廃熱で昇温した外気をヒータコア６で加熱して車室７に送ることができるため、車室７に送られる空気が温度上昇しやすくなって車室７を効果的に暖房することができる。また、そうした効果的な暖房をヒータコア６での空気の加熱のみで行う場合と比較して、同暖房にラジエータ５からの廃熱を利用している分だけ、その暖房を実現するための暖房負荷を軽減することができる。
【００３６】
更に、外気導入モードでの暖房時、ヒートポンプ８（図２）の高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱を利用して車室７の暖房を行う際には、その車室７から出される空気が図４に示す排出用ダンパ１５及び内外気切換ダンパ１７の駆動制御を通じてヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流される。これにより、ヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２にて熱媒体と車室７から出された空気とが熱交換される。ここで、車室７から出された空気は、外気と比較して温度が高くなる。この空気をヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流すことで、同空気の熱を回収して車室７の暖房に用いることができる。
【００３７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）内気循環モードでの車室７の暖房時、電気機器２を冷却する冷却水の熱を放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気をヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流すことにより、上記電気機器２で生じた熱を効率よく車室７の暖房に利用することができる。
【００３８】
（２）また、内気循環モードでの車室７の暖房時には、ヒータコア６の上流に導入される空気が外気に比べて温度の高い車室７内の空気とされる。このため、その空気をヒータコア６で加熱した後に車室７に送ることにより、同車室７の暖房効率を向上させることができる。
【００３９】
（３）外気導入モードでの車室７の暖房時、ヒータコア６で車室７に送られる空気を加熱する際、そのヒータコア６の上流に流される空気は、電気機器２で生じた熱を外気に放出するラジエータ５からの廃熱によって昇温した外気とされる。このため、車室７に送られる空気が温度上昇しやすくなって車室７を効果的に暖房することができる。
【００４０】
（４）更に、外気導入モードでの暖房時、ヒートポンプ８の高圧側熱交換器１０を通過する熱媒体の熱を利用して車室７の暖房を行う際には、その車室７から出される空気がヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流される。このように車室７から出された空気は外気と比較して温度が高くなるため、同空気をヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流すことで、同空気の熱を効果的に回収して車室７の暖房に用いることができる。
【００４１】
［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・内外気切換ダンパ１７は、図７及び図８に示す構造のものを採用してもよい。この内外気切換ダンパ１７も、図７の実線で示す第１切換位置と二点鎖線で示す第２切換位置との間で切り換え動作する。そして、内外気切換ダンパ１７が第１切換位置（実線）に切り換えられると、車室７内の空気をヒータコア６の上流に導入する内気循環モードとなる。また、内外気切換ダンパ１７が図８に示すように第２切換位置に切り換えられると、外気をヒータコア６の上流に導入する外気導入モードとなる。このときには、車室７から出た空気がヒートポンプ８の低圧側熱交換器１２に流される。
【００４２】
・ヒータコア６は、水循環回路１を循環する冷却水により電気自動車の熱源（電気機器２）からの熱を受けて車室７に送られる空気を加熱するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ヒータコア６を水循環回路１と別に設け、ヒートポンプ８の高圧側熱交換器１０からの熱を受けて車室７に送られる空気を加熱するものとしてもよい。
【００４３】
・内燃機関とモータとの二種類の原動機を備えたハイブリッド自動車など、電気自動車以外の熱源の少ない車両に本発明を適用してもよい。なお、上記ハイブリッド自動車に本発明を適用した場合、内燃機関も同車両の熱源となるため、内燃機関からの熱を水循環回路を循環する冷却水によって回収して暖房に利用することが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１…水循環回路、１ａ，１ｂ…経路、２…電気機器、３…ポンプ、４…サーモスタット、５…ラジエータ、６…ヒータコア、７…車室、８…ヒートポンプ、９…コンプレッサ、１０…高圧側熱交換器、１１…膨張弁、１２…低圧側熱交換器、１３…第１ダクト、１４…第２ダクト、１４ａ，１４ｂ…通路、１５…排出用ダンパ、１６…第３ダクト、１６ａ，１６ｂ…通路、１７…内外気切換ダンパ、２１…電子制御装置、２２…車室内温センサ、２３…日射量センサ、２４…内外気切換スイッチ、２５…室温設定スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータ、及び、車室に送られる空気を加熱するヒータコアが設けられた車両に適用され、ヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱を利用して前記車室の暖房を行う車両の空調装置において、
前記ヒータコアの上流に導入する空気を外気とする外気導入モード、及び前記空気を車室内の空気とする内気循環モードのうち、いずれかのモードで前記ヒータコアの上流への空気の導入を行い、
前記内気循環モードでの前記車室の暖房時、前記ラジエータからの熱の放出によって昇温した外気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流して同ヒートポンプの熱媒体と熱交換させる
ことを特徴とする車両の空調装置。
【請求項２】
前記ラジエータ及び前記ヒータコアは、車両の熱源を冷却するための冷却水が循環する水循環回路に設けられており、
内気循環モードでの前記車室の暖房時には、その車室の空気が前記ヒータコアの上流に導入されて同ヒータコアを通過する冷却水との間で熱交換される
請求項１記載の車両の空調装置。
【請求項３】
外気導入モードでの前記車室の暖房時、前記ラジエータからの熱の放出によって昇温した外気を前記ヒータコアの上流に導入する
請求項１記載の車両の空調装置。
【請求項４】
外気導入モードでの前記車室の暖房時には、その車室から出される空気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流して同ヒートポンプの熱媒体と熱交換させる
請求項１記載の車両の空調装置。
【請求項５】
請求項１記載の車両の空調装置において、
車室の暖房時、内気循環モードのときに第１切換位置に切り換えられる一方、外気導入モードのときには第２切換位置に切り換えられるダンパを備え、
前記ダンパは、前記第１切換位置に切り換えられたとき、前記ラジエータからの熱の放出により昇温した外気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流すとともに、前記車室の空気を前記ヒータコアの上流に導入する一方、前記第２切換位置に切り換えられたとき、前記ラジエータからの熱の放出により昇温した外気を前記ヒータコアの上流に導入するとともに、前記車室から出された空気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流す
ことを特徴とする車両の空調装置。
【請求項１】
車両の熱源で生じた熱を外気に放出するラジエータ、及び、車室に送られる空気を加熱するヒータコアが設けられた車両に適用され、ヒートポンプの高圧側熱交換器を通過する熱媒体の熱を利用して前記車室の暖房を行う車両の空調装置において、
前記ヒータコアの上流に導入する空気を外気とする外気導入モード、及び前記空気を車室内の空気とする内気循環モードのうち、いずれかのモードで前記ヒータコアの上流への空気の導入を行い、
前記内気循環モードでの前記車室の暖房時、前記ラジエータからの熱の放出によって昇温した外気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流して同ヒートポンプの熱媒体と熱交換させる
ことを特徴とする車両の空調装置。
【請求項２】
前記ラジエータ及び前記ヒータコアは、車両の熱源を冷却するための冷却水が循環する水循環回路に設けられており、
内気循環モードでの前記車室の暖房時には、その車室の空気が前記ヒータコアの上流に導入されて同ヒータコアを通過する冷却水との間で熱交換される
請求項１記載の車両の空調装置。
【請求項３】
外気導入モードでの前記車室の暖房時、前記ラジエータからの熱の放出によって昇温した外気を前記ヒータコアの上流に導入する
請求項１記載の車両の空調装置。
【請求項４】
外気導入モードでの前記車室の暖房時には、その車室から出される空気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流して同ヒートポンプの熱媒体と熱交換させる
請求項１記載の車両の空調装置。
【請求項５】
請求項１記載の車両の空調装置において、
車室の暖房時、内気循環モードのときに第１切換位置に切り換えられる一方、外気導入モードのときには第２切換位置に切り換えられるダンパを備え、
前記ダンパは、前記第１切換位置に切り換えられたとき、前記ラジエータからの熱の放出により昇温した外気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流すとともに、前記車室の空気を前記ヒータコアの上流に導入する一方、前記第２切換位置に切り換えられたとき、前記ラジエータからの熱の放出により昇温した外気を前記ヒータコアの上流に導入するとともに、前記車室から出された空気を前記ヒートポンプの低圧側熱交換器に流す
ことを特徴とする車両の空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４０４６２（Ｐ２０１２−２４０４６２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９７０３（Ｐ２０１１−１０９７０３）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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