JP5581886B2

JP5581886B2 - 車両用空調システム

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Publication number: JP5581886B2
Application number: JP2010179925A
Authority: JP
Inventors: 忠史尾坂; 弘章松嶋; 禎夫関谷; 裕人今西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: JP2012035812A; CN102371866B; EP2418111A1; EP2418111B1; CN102371866A; US8973387B2; US20120037352A1

Description

本発明は、車両用空調システムに関する。

車両に搭載されるインバータ回路等の発熱体から発生する熱を空調に利用するシステムが知られている。例えば特許文献１には、冷却媒体を循環させる循環ポンプにより循環される冷却媒体により車載発熱体を冷却する冷却回路と、冷却回路内の冷却媒体から吸熱する蒸発器を有する冷凍サイクル装置において、前記冷却回路に前記冷却媒体と車室内に吹き出す空気との間で熱交換する車室内空調用熱交換器を有する車両用冷却システムの運転方法に関する技術が開示されている。特許文献１では、冷凍サイクルを用いて機器の冷却と冷房を同時に実現することが可能となっている。

また、特許文献２には、暖房時にヒートポンプ式冷房装置において生じた熱とヒータによって発熱させた熱とを併用して空調風を加熱する技術が開示されており、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができるとしている。

特許第４２８５２９２号公報特開２００８−２３０５９４号公報

冷凍サイクルを用いて発熱体の冷却と冷房を同時に行う場合に、従来技術では、同一の冷却媒体を、発熱体と空調用熱交換器へ供給して利用する構成のため、冷却媒体の温度を、空調負荷と発熱体の両方に対して必ずしも適切な温度に制御することができないという課題を有していた。このため、例えば冷房を行うために冷却媒体を１０℃程度まで冷却する必要がある場合には、発熱体へ流れる冷却媒体の温度も１０℃程度まで冷却されることになる。発熱体の温度が外気温度よりも低くなると、外気から発熱体へ熱が流入することになり、この熱侵入分だけ余計に冷凍サイクルで冷却する必要が生じる。このため冷凍サイクルにおける消費電力量が増大するという不具合があった。

また、条件によっては発熱体の機器内部で結露を生じる恐れがあるため、結露対策を施す必要が生じるという課題も有していた。

また、暖房を行う場合に、特許文献２では、空調用熱交換器へ流れる冷却媒体をヒータと冷凍サイクルの水冷コンデンサとを併用して加熱する構成となっている。このため水冷コンデンサにおける凝縮温度は、冷却媒体の温度の影響を受ける。ヒータを使用する場合には、冷却媒体の温度が上昇するため、水冷コンデンサにおける凝縮温度も上昇することになる。凝縮温度が上昇すると、同じ暖房能力を確保するための消費電力が増大するので、ヒータを利用すると、ヒータの消費電力に加えて、冷凍サイクルの消費電力も増加するという課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、消費電力の少ない車両用空調システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、空調用冷却媒体を圧縮する圧縮機と、空調用冷却媒体と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内空調熱交換器とを順次環状に接続してなる冷凍サイクル回路と、発熱体と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器と、発熱体を冷却する機器冷却媒体と冷凍サイクル回路中の空調用冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器と、機器冷却媒体を循環させるポンプとを環状に接続してなる機器冷却回路とを備えた車両用空調システムであって、中間熱交換器は、空調用冷却媒体の配管の一端が、室外熱交換器と室内空調熱交換器を接続する液配管に、他端が前記圧縮機の吸込口に接続するようにした。

また、室内空調熱交換器と、中間熱交換器はそれぞれ、液配管と接続する空調用冷却媒体の配管経路に、各熱交換器へ流れる空調用冷却媒体の流量を可変とする空調用流量制御手段と、冷却用流量制御手段を有している。

また、室外熱交換器と液配管を接続する空調用冷却媒体の配管経路に、空調用冷却媒体の流量を可変とする室外流量制御手段を有している。

また、室外熱交換器と、室内空調熱交換器と、中間熱交換器は、第一流路切換手段と第二流路切換手段とを介して、圧縮機の吐出口または圧縮機の吸込口に、任意に切換可能に接続されている。

また、車室内へ吹き出す空気が室内空調熱交換器を通過した後に室内冷却熱交換器を通過する場合と、車室内へ吹き出す空気が室内冷却熱交換器を通過した後に室内空調熱交換器を通過する場合に切り換えられるようにした。

また、室内冷却熱交換器を通過する空気が車室内へ吹き出す場合と車外へ吹き出す場合に切り換えられるようにした。

また、機器冷却回路は、室内冷却熱交換器を機器冷却媒体が流れる主回路と、室内冷却熱交換器をバイパスして流れるバイパス回路とを備え、主回路とバイパス回路に流れる機器冷却媒体の流量制御手段を備えた。

本発明によれば、冷凍サイクルの消費電力を抑制可能な、車両空調システムを提供することができる。

本発明の車両用空調システムの概略構成を示す図。本発明の空調装置の構成を示す図。機器冷却運転を説明する図。冷房運転を説明する図。冷房，機器冷却運転を説明する図。暖房運転を説明する図。暖房，機器冷却運転を説明する図。除湿運転を説明する図。暖房，除湿運転を説明する図。加熱運転を説明する図。除霜運転を説明する図。室内空調熱交換器から室内冷却熱交換器への空気の流れを説明する図。室内冷却熱交換器から室内空調熱交換器への空気の流れを説明する図。室内ユニットの構成を説明する図。（第１状態）室内ユニットの構成を説明する図。（第２状態）室内ユニットの構成を説明する図。（第３状態）外気温度と車室および各機器の空調との関係を示す図。複数の発熱体を直列に配置した場合を説明する図。複数の発熱体を直列に配置した場合を説明する図。制御処理プログラムを示すフローチャート。種々の車両状態と温調対象（車室内，各温調対象機器）の設定温度変更例を示す図。電気自動車の制御装置の概略を説明する図。

以下では、本発明の車両用空調システムを電気自動車に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明は電気自動車に限定されず、ハイブリッド自動車、あるいは電気鉄道や建設車両などの電動車両に対しても適用することができる。また、この一実施の形態ではインバータにより駆動される交流モータを例に挙げて説明するが、本発明は交流モータに限定されず、例えばサイリスタレオナード装置などのコンバータにより駆動される直流モータ、あるいはチョッパ電源により駆動されるパルスモータなど、あらゆる種類の回転電機（モータ・ジェネレータ）に適用することができる。

図１は、本発明の車両用空調システムの概略構成を示す図である。図１に示す車両用空調システムは、車室や温調が必要な機器の冷暖房、冷却／加熱を行うための空調装置６０と、その空調装置６０を制御する空調制御装置６１を備えている。空調装置６０に設けられた各種アクチュエータは、空調制御装置６１からの制御信号により制御される。本実施の形態に関係するアクチュエータには、圧縮機１，流量制御手段としての膨張弁２２Ａ，２２Ｂ，２３，第一流路切換手段としての四方弁１９，第二流路切換手段としての三方弁２０，二方弁２１，２４，２５，循環ポンプ５，室外ファン３および室内ファン８がある。

空調制御装置６１には、温度センサにより車室内温度６２，温調が必要な機器の温度６３が入力される。本実施の形態では、温調が必要な機器としてモータ，インバータ，バッテリおよびギヤボックス等の機器があり、それぞれに温度センサが設けられている。また、空調制御装置６１には、車両運転情報６４である車両速度およびアクセル開度が車速センサおよびアクセルセンサから入力されると共に、車両の走行計画情報６５である道路情報や目的地情報などがナビゲーション装置から入力される。

図２は、空調装置６０の概略構成を示す図である。空調装置６０は、室内空調および発熱体９の冷却を行う空調用冷却媒体（例えば冷媒）が循環する冷凍サイクル回路９０と、発熱体９の冷却を行う機器冷却媒体（例えば冷却水）が循環する機器冷却回路４１とを備えている。

冷凍サイクル回路９０には、冷媒を圧縮する圧縮機１、空調用冷却媒体と外気との熱交換を行う室外熱交換器２、分岐した冷凍サイクル回路９０Ａにあり空調用冷却媒体と機器冷却回路４１内を流れる機器冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器４、冷凍サイクル回路９０Ｂにあり空調用冷却媒体と車室内空気との熱交換を行う室内空調熱交換器７が、空調用冷却媒体を循環させる液配管により接続されている。

圧縮機１の吸込配管１１と吐出配管１０との間には、四方弁１９が設けられている。四方弁１９を切り換えることにより、吸込配管１１および吐出配管１０のいずれか一方を室外熱交換器２に接続し、他方を中間熱交換器４，室内空調熱交換器７に接続することができる。図２に示す四方弁１９は、吐出配管１０を室外熱交換器２に接続し、吸込配管１１を中間熱交換器４に接続している。

室内空調熱交換器７は、一端が室外熱交換器２に接続されており、他端が三方弁２０を介して圧縮機１の吐出配管１０または吸込配管１１のいずれか一方に切り換え可能に接続されている。空調用冷却媒体の流量制御手段として作用する膨張弁２３，２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ室外熱交換器２の圧縮機１に接続されていない側、冷凍サイクル回路９０Ａにあり中間熱交換器４と室外熱交換器２との間、冷凍サイクル回路９０Ｂにあり室内空調熱交換器７と室外熱交換器２との間に設けられている。また、室外熱交換器２には外気送風用の室外ファン３が備えられている。

機器冷却回路４１は、機器冷却媒体と車室内空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器６と、中間熱交換器４と、機器冷却媒体を機器冷却回路４１内に循環させる循環ポンプ５と、温調が必要な機器である発熱体９が順に環状に接続されている。

機器冷却回路４１には、室内冷却熱交換器６の両端をバイパスするバイパス回路４１Ｃが設けられている。バイパス回路４１Ｃには二方弁２４が設けられ、室内冷却熱交換器６を通る主回路４１Ｄには二方弁２５が設けられている。これらの二方弁２４，２５の開閉動作により、機器冷却媒体の流路を切り換えることが可能となる。また、機器冷却回路４１には、複数の発熱体９Ａ，９Ｂを温調するために図２に示すように並列に接続している。発熱体９Ｂを備える機器冷却回路４１Ｂには二方弁２１を設置し、発熱体９Ａを備える機器冷却回路４１Ａには二方弁を設置しない。これにより二方弁２１を開いたときには発熱体９Ａ，９Ｂの両方を温調できるが、二方弁２１を閉じたときには発熱体９Ａのみ温調できる。なお、発熱体９Ａを備える機器冷却回路４１Ａに二方弁を備えてもよく、複数の発熱体９Ａ，９Ｂを直列に接続しても良い。発熱体の温度条件により発熱体９の接続方法、二方弁の設置方法は変更できるものとする。

室内空調のため、温調された空気を吹き出す室内ユニット４２は、室内（車内）または室外（車外）の空気を吸い込み、室内または室外に吹き出す室内ファン８Ａ，８Ｂと、室内冷却熱交換器６と、室内空調熱交換器７と、室内冷却熱交換器６で熱交換された空気を室内または室外に吹き出すように切り換える切り換えダンパ４４と、室内または室外の空気の吸い込みや、室内または室外への空気の吹き出し口である空気出入り口４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄとを備える。

次に、図２に示した空調装置６０の運転動作について説明する。本実施形態では、循環ポンプ５による機器冷却媒体の循環により発熱体９の温度調整を行う。その他の機器の動作は、空調負荷や発熱体９からの発熱量に応じて変化する。以下では、機器冷却，冷房，冷房＋機器冷却，暖房，暖房＋機器冷却，除湿，暖房除湿，機器加熱，除霜の運転について説明する。

機器冷却運転は、室内空調が無しの状態で発熱体９を冷却する運転であり、図３を用いて説明する。この運転は、機器冷却回路４１を循環する機器冷却媒体を室内冷却熱交換器６でのみ冷却する場合と、室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する場合がある。

機器冷却回路４１の二方弁２４を閉じ、二方弁２５を開けることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を循環するようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。発熱体９Ａ，９Ｂの両方を冷却する場合には、二方弁２１を開けることになる。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図３に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ｃから吹き出すように設定する。この室内冷却熱交換器６を通過する空気により、機器冷却媒体を冷却することができる。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。また、室内ファン８Ａで吸い込まれる空気の風量により、冷却能力を調整することができる。なお、空気出入り口４３Ｃは図示しないダクトにより室外（車外）に通じており、室内に暖かい空気を吹き出さないようにしている。

中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する場合には、図３に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ｂは全閉とし、空調用冷却媒体が室内空調熱交換器７に流れないようにする。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、中間熱交換器４を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、中間熱交換器４を流れる。中間熱交換器４に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、中間熱交換器４において機器冷却回路４１の機器冷却媒体から吸熱することによって蒸発し、四方弁１９を通って圧縮機１へ戻る。上記のように冷凍サイクル回路９０を用いることにより、中間熱交換器４で機器冷却媒体と空調用冷却媒体の熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。

以上のように、室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却することができる。機器冷却媒体が所定温度より低い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いず、室内冷却熱交換器６でのみ機器冷却媒体を冷却し、機器冷却媒体が所定温度より高い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いて室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する。

なお、機器冷却媒体の温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａの開度と室外ファン３の風量を制御すれば良い。機器冷却媒体が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、機器冷却媒体が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

冷房運転は、発熱体９の冷却無しに室内を冷房する運転であり、図４を用いて説明する。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を閉じ、二方弁２４を開けることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６を流れず、機器冷却回路４１Ｃを流れるようになる。このように発熱体９を冷却しない場合であっても、機器冷却回路４１の機器冷却媒体を循環させるのは、発熱体９部分にある機器冷却媒体の偏った温度上昇を防ぐためである。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図４に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６，室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。この室内冷却熱交換器６には機器冷却媒体が循環していないので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度は変化しない。なお、空気出入り口４３Ｂは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

また、冷房運転では、図４に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全閉とし、空調用冷却媒体が中間熱交換器４に流れないようにする。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、室内空調熱交換器７を流れる。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。このように室内空調熱交換器７で熱交換して冷却された空気が空気出入り口４３Ｂから車室内へ吹き出される。

なお、空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を調整するためには、室内ファン８Ａの風量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度、室外ファン３の風量を制御すれば良い。吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

冷房，機器冷却運転は、発熱体９を冷却し、室内を冷房する運転であり、図５を用いて説明する。この運転は、機器冷却回路４１を循環する機器冷却媒体を室内冷却熱交換器６でのみ冷却する場合と、室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する場合がある。

機器冷却回路４１は、二方弁２４を閉じ、二方弁２５を開けることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を循環するようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。発熱体９Ａ，９Ｂの両方を冷却する場合には、二方弁２１を開けることになる。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図５に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ｃから吹き出すようにする。空気出入り口４３Ｃは図示しないダクトにより室外（車外）に通じており、室内に空気を吹き出さないようにしている。また、室内ファン８Ｂにより空気出入り口４３Ｄで吸い込んだ空気が室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すようにしている。この室内冷却熱交換器６を通過する空気により、機器冷却媒体を冷却することができる。空気出入り口４３Ｄから吸い込み、室内空調熱交換器７を通過する空気は、室内空調熱交換器７により冷却され、室内（車内）に冷却された空気が吹き出される。

また、冷房，機器冷却運転では、図５に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、中間熱交換器４と室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、中間熱交換器４および室内空調熱交換器７を流れる。中間熱交換器４に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、中間熱交換器４において機器冷却回路４１の機器冷却媒体から吸熱することによって蒸発し、四方弁１９を通って圧縮機１へ戻る。このように、中間熱交換器４で機器冷却媒体と空調用冷却媒体の熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ｄで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。このように室内空調熱交換器７で熱交換して冷却された空気が空気出入り口４３Ｂから室内へ吹き出される。

以上のように、中間熱交換器４および室内空調熱交換器７の両方を蒸発器として利用できるので、車室内の冷房と発熱体９の冷却とを同時に実現することができる。さらに、中間熱交換器４と室内空調熱交換器７とを圧縮機１の吸込配管１１に対して並列に接続し、それぞれの冷凍サイクル回路９０Ａ，９０Ｂに膨張弁２２Ａ，２２Ｂを設けているので、中間熱交換器４および室内空調熱交換器７へ流れる空調用冷却媒体の流量を、それぞれ任意に変えることができる。その結果、機器冷却媒体の温度と空調用冷却媒体の温度とを、それぞれ任意の所望の温度に制御することができる。したがって、冷房を行うために空調用冷却媒体の温度を十分下げた場合であっても、中間熱交換器４へ流れる冷媒流量を抑制することで、発熱体９の内部を流れる機器冷却媒体の温度を高く保つことができる。

また、機器冷却媒体は上記のように室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で冷却することができる。機器冷却媒体が所定温度より低い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いず、室内冷却熱交換器６でのみ機器冷却媒体を冷却し、機器冷却媒体が所定温度より高い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いて室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する。これは、膨張弁２２Ａの開度を調整することで制御する。膨張弁２２Ａを全閉とする場合には、中間熱交換器４に空調用冷却媒体が流れなくなるので、機器冷却媒体は室内冷却熱交換器６でのみ冷却するようになる。

なお、機器冷却媒体の温度や空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａ，８Ｂの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａ，２２Ｂの開度と室外ファン３の風量を制御すれば良い。機器冷却媒体が目標温度より高い場合や吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａ，８Ｂの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａ，２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、機器冷却媒体が目標温度より低い場合や吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａ，８Ｂの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａ，２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

暖房運転は、発熱体９の冷却無しに室内を暖房する運転であり、図６を用いて説明する。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図６に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６，室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。この室内冷却熱交換器６には発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。なお、空気出入り口４３Ｂは室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

暖房負荷が小さい場合には、上記のように発熱体９からの排熱を暖房に利用することで、冷凍サイクル回路９０は暖房に利用しない。このようにすることでエネルギー消費を抑えた空調を実現することができる。二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ｂにも機器冷却媒体が流れ発熱体９Ｂの排熱を暖房に利用することができるので、さらにエネルギー消費を抑えることができる。発熱体９Ａ，９Ｂの排熱だけでは暖房負荷に満たない場合には、発熱体９Ａ，９Ｂの排熱に加えて冷凍サイクル回路９０を併用するようにする。この場合、図６に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続され、吸込配管１１は室外熱交換器２に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全閉、膨張弁２２Ｂは全開とし、空調用冷却媒体が中間熱交換器４に流れず、室内空調熱交換器７にのみ流れるようにする。すなわち、室内空調熱交換器７を凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室内空調熱交換器７で放熱することによって凝縮液化する。その後、膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２において室外空気との熱交換によって蒸発・ガス化して圧縮機１へと戻る。

以上のように、空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気は、機器冷却回路４１を流れる機器冷却媒体によって室内冷却熱交換器６で加熱される。そして、下流側に配置された室内空調熱交換器７での熱交換により、さらに暖められた空気が空気出入り口４３Ｂから室内へ吹き出される。このように、室内に吹き出される空気は、発熱体９の排熱で暖められた後、冷凍サイクル回路９０でさらに暖められる構成となっている。冷凍サイクル回路９０を用いた空気の加熱は、発熱体９の排熱で暖められた空気温度で足りない分を補うようにするので、エネルギー消費の少ない空調装置を構成することができる。

なお、空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度と室外ファン３の風量を制御すれば良い。吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

暖房，機器冷却運転は、発熱体９を冷却し、室内を暖房する運転であり、図７を用いて説明する。上記の暖房運転で記したように、室内冷却熱交換器６での放熱により、機器冷却媒体を目標温度以下に保つことができれば発熱体９の温度上昇を抑えることができるが、室内冷却熱交換器６での放熱で足りない場合や後述するように機器冷却媒体の温度を一時的に低くする場合には、冷凍サイクル回路９０を用いた機器冷却が必要になる。

暖房，機器冷却運転では、図７に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２および室内空調熱交換器７に接続され、吸込配管１１は中間熱交換器４に接続される。なお、膨張弁２３は全閉、膨張弁２２Ｂは全開とし、空調用冷却媒体が室外熱交換器２に流れないようにする。すなわち、室内空調熱交換器７を凝縮器、中間熱交換器４を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室内空調熱交換器７で放熱することによって凝縮液化する。その後、膨張弁２２Ａで減圧された後、中間熱交換器４において機器冷却回路４１を流れる機器冷却媒体との熱交換によって蒸発・ガス化して圧縮機１へと戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図７に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６，室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。この室内冷却熱交換器６には発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。そして、下流側に配置された室内空調熱交換器７での熱交換により、さらに暖められた空気が空気出入り口４３Ｂから車室内へ吹き出される。このように、室内に吹き出される空気は、発熱体９の排熱で暖められた後、冷凍サイクル回路９０でさらに暖められる構成となっている。なお、空気出入り口４３Ｂは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

また、室内冷却熱交換器６での放熱と中間熱交換器４での熱交換により機器冷却媒体を冷却することが可能となる。なお、機器冷却媒体の温度や空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａの開度を制御すれば良い。機器冷却媒体が目標温度より高い場合や吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａの開度を開ければよい。一方、機器冷却媒体が目標温度より低い場合や吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａの開度を絞ればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

除湿運転は、室内を除湿する運転であり、図８を用いて説明する。

除湿運転では、図８に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全閉、膨張弁２３は全開とし、空調用冷却媒体が中間熱交換器４に流れないようにする。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、室内空調熱交換器７を流れる。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により中間熱交換器４と室内冷却熱交換器６を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図８に示すように空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気が室内空調熱交換器７，室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ａから吹き出すように設定する。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気は、室内空調熱交換器７で熱交換して除湿，冷却される。そして、室内冷却熱交換器６には発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。このようにして、いわゆる再熱除湿運転が可能となる。車室内へ供給される空気は相対湿度が低くなるため、室内空間の快適性を向上できる。なお、空気出入り口４３Ａは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

なお、再熱器として利用される室内冷却熱交換器６の熱源は、発熱体９で発生する排熱である。そのため、再熱用にヒータ等を用いる場合とは異なり、新たにエネルギーを投入する必要がないので、消費電力を増大させることなく車室内の快適性を向上させることが可能になる。

なお、除湿量を制御するためには、室内ファン８Ａの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度と室外ファン３の風量を制御すれば良い。除湿量を増やすためには、室内ファン８Ａの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、除湿量を減らすためには、室内ファン８Ａの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

暖房，除湿運転は、室内を暖房，除湿する運転であり、図９を用いて説明する。

暖房，除湿運転では、図９に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は中間熱交換器４に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は室外熱交換器２および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全開、膨張弁２３は全閉とし、空調用冷却媒体が室外熱交換器２に流れないようにする。すなわち、中間熱交換器４を凝縮器、室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、中間熱交換器４で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２２Ａを通り、室内空調熱交換器７を流れる。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が加熱される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により中間熱交換器４と室内冷却熱交換器６を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。発熱体９の排熱を多く利用する場合には、二方弁２１を開いた方がよい。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図９に示すように空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気が室内空調熱交換器７，室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ａから吹き出すように設定する。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気は、室内空調熱交換器７で熱交換して除湿，冷却される。そして、室内冷却熱交換器６には中間熱交換器４と発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。このようにして、暖房，除湿運転が可能となる。なお、空気出入り口４３Ａは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

なお、空気出入り口４３Ａから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度を制御すれば良い。吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開ければよい。一方、吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞ればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

外気温度の低い冬季の始動時などでは、発熱体９をあらかじめ暖めておく方がよい場合がある。機器加熱運転は、室内空調をせず、発熱体９を暖める運転であり、図１０を用いて説明する。

機器加熱運転では、図１０に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は室外熱交換器２に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全開、膨張弁２２Ｂは全閉とし、空調用冷却媒体が室内空調熱交換器７に流れないようにする。すなわち、中間熱交換器４を凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、中間熱交換器４で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２２Ａを通り、室外熱交換器２を流れる。室外熱交換器２に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２３で減圧されて低温・低圧となり、室外熱交換器２において室外空気から吸熱することによって蒸発し、圧縮機１へ戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が加熱される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を閉じ、二方弁２４を開けることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６を流れないようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。加熱する発熱体９に機器冷却媒体が流れるように、二方弁２１を開くこととする。冷凍サイクル回路９０により機器冷却媒体が加熱されるので、この機器冷却媒体を循環することで、発熱体９を加熱することができる。

室内ユニット４２は、空気の吸い込み、吐き出しを行わず、室内ファン８Ａ，８Ｂを駆動しない。また、室内冷却熱交換器６と室内空調熱交換器７ではそれぞれ機器冷却媒体と空調用冷却媒体を流さないので熱交換しない。

なお、加熱量を制御するためには、循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２３の開度と室外ファン３の風量を制御すれば良い。加熱量を増やすためには、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２３の開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、加熱量を減らすためには、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２３の開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

図６に示す暖房運転、図１０に示す機器加熱運転において、室外熱交換器２への着霜が避けられない。除霜運転は、暖房運転，機器加熱運転から一時的に切り換えて、室外熱交換器２の除霜を行う運転であり、図１１を用いて説明する。

除霜運転では、図１１に示すように四方弁１９，三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２および室内空調熱交換器７に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４に接続される。なお、膨張弁２３，２２Ｂは全開としている。すなわち、室外熱交換器２と室内空調熱交換器７を凝縮器、中間熱交換器４を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２と室内空調熱交換器７で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２２Ｂ，２３を通り、中間熱交換器４を流れる。これにより、室外熱交換器２に着いた霜を取り除くことができる。中間熱交換器４に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、中間熱交換器４において吸熱することによって蒸発し、圧縮機１に戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を閉じ、二方弁２４を開けることで、機器冷却媒体が循環ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６を流れないようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。冷凍サイクル回路９０により機器冷却媒体が冷却されるので、この機器冷却媒体を循環することで、発熱体９を冷却することができる。

室内ユニット４２内にある切り換えダンパ４４は、図１１に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６，室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。このとき、室内ファン８Ｂは駆動せず、空気出入り口４３Ｄから空気を吸い込まない。この室内冷却熱交換器６には機器冷却媒体が循環していないので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度は温度変化しない。

そして、下流側に配置された室内空調熱交換器７での熱交換により、暖められた空気が空気出入り口４３Ｂから車室内へ吹き出される。このように、除霜運転でも室内に暖かい空気を吹き出すことができる。なお、空気出入り口４３Ｂは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

また、室内に暖かい空気を吹き出さないことも可能である。上記の構成で膨張弁２２Ｂを全閉とし、室内ファン８Ａ，８Ｂを駆動しなければよい。

なお、除霜量を制御するためには、室内ファン８Ａの風量と循環ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａの開度と室外ファン３の風量を制御すれば良い。除霜量を増やすためには、室内ファン８Ａの風量を増加、循環ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、除霜量を減らすためには、室内ファン８Ａの風量を減少、循環ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

上記の運転動作の説明において、室内ユニット４２の空気の流れを動作モードによって切り換えるようにしている。その理由について説明する。

除湿を行う場合には、図１２に示すように室内空調熱交換器７で空気を冷却除湿してから、室内冷却熱交換器６で空気を暖める必要がある。ここで、図１２に記す熱交換器の配列で発熱体９の排熱を利用した暖房運転を行う場合を考えることにする。図１２に示すように室内空調熱交換器７，室内冷却熱交換器６の順に空気を通すとき、十分に機器冷却媒体が暖まっていない状態では室内空調熱交換器７で暖めた空気の温度を室内冷却熱交換器６で下げてしまうことになる。このように室内冷却熱交換器６を流れる機器冷却媒体の温度が低い場合には、二方弁２４を開け、二方弁２５を閉じることにより室内冷却熱交換器６に機器冷却媒体が流れないようにする。つまり、排熱を利用した暖房動作を行えない。このことを考慮すると、図１３に示すように室内冷却熱交換器６，室内空調熱交換器７の順に空気を通す方が良い。室内冷却熱交換器６において機器冷却媒体により空気温度を上げた後、室内空調熱交換器７でさらに空気温度を上昇させることができるからである。発熱体９により機器冷却媒体の温度が少しでも上昇すれば、排熱を利用した暖房運転が可能となる。これにより、空調システムのエネルギー消費低減が可能となる。

なお、図１３に示すように空気を通すとき、上述のように除湿動作は行えない。したがって、動作モードにより、空気の流れ方向を切り換えるようにしている。すなわち、除湿運転と暖房除湿運転は図１２に示すように空気を流し、それ以外の動作モードでは図１３に示すように空気を通すことにした。

また、図３，図５に示すように機器冷却する場合、かつ、室内を暖めない場合には、室内冷却熱交換器６において熱交換した暖かい空気が車内に入らないように切り換えダンパ４４を設置した。

次に図２に示す室内ユニット４２の空気出入り口４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄについて説明する。空気を吸い込む場合には、空気出入り口４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃが図示しないダクトにより室内空気（内気）または車外空気（外気）を吸い込めるようにしており、空気を吹き出す場合には、空気出入り口４３Ａ，４３Ｂが図示しないダクトにより室内（車内）に吹き出すようにしている。室内に吹き出す空気は、図示しないダクトにより足元やフロントガラス等に切り換え可能である。なお、空気出入り口４３Ｄは、室外（車外）に吹き出すように図示しないダクトが設置されている。

次に上記を実現する室内ユニット４２の一実施例を図１４を用いて説明する。

図１４に示すように室内ユニット４２は、機器冷却媒体が内部を流れ空気と熱交換する第一室内冷却熱交換器としての室内冷却熱交換器６Ａと、第二室内冷却熱交換器としての室内冷却熱交換器６Ｂと、空調用冷却媒体が内部を流れ空気と熱交換する室内空調熱交換器７と、空気を室内ユニット４２に吸い込む室内ファン５４と、室内ユニット４２内の空気の流れを切り換える切り換えダンパ５２，５３と、室内冷却熱交換器６Ａ，６Ｂへの機器冷却媒体の流れを制御する流路切換手段としての二方弁２５Ａ，２５Ｂとからなる。

室内空調熱交換器７の上流側，下流側にはそれぞれ室内冷却熱交換器６Ａ，６Ｂを設置し、室内空調熱交換器７，室内冷却熱交換器６Ａの間に切り換えダンパ５２，５３を設けた。室内ユニット４２は、室内ファン５４により空気が空気吸込口５５，５６から吸い込まれ、空気吐出口５７，５８から吹き出される。

空気吸込口５５，５６は、図示しないダクトにより室内空気（内気）または車外空気（外気）を吸い込めるようにしている。空気吐出口５７は図示しないダクトにより室内（車内）に吹き出すようにしており、空気吐出口５８は図示しないダクトにより室外（車外）に吹き出すようにしている。

切り換えダンパ５２は、空気吸込口５６から吸い込む空気量を調整できるようにしており、開度を可変に制御できるようにしている。空気吸込口５６から吸い込んだ空気は室内冷却熱交換器６Ａを通らず、室内空調熱交換器７と室内冷却熱交換器６Ｂを通り、空気吐出口５７から室内に吹き出すようになる。

切り換えダンパ５３は、空気吸込口５５から吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６Ａを通過した後、空気吐出口５８から室外に吹き出すか、または空気吐出口５７から室内に吹き出すようにしている。

また、二方弁２５Ａ，２５Ｂの開閉を制御することにより、図１２，図１３を用いて説明したように室内冷却熱交換器６と室内空調熱交換器７の空気が通過する順番を切り換えることができる。すなわち、二方弁２５Ａを開け、二方弁２５Ｂを閉じることにより空気吸込口５５で吸い込んだ空気は室内冷却熱交換器６を通った後、室内空調熱交換器７を通り空気吐出口５７から吹き出される。また、二方弁２５Ａを閉じ、二方弁２５Ｂを開けることにより空気吸込口５５で吸い込んだ空気は室内空調熱交換器７を通った後、室内冷却熱交換器６を通り空気吐出口５７から吹き出される。

次に室内ユニット４２の動作を図１４〜図１６を用いて説明する。

図１４に示すように、切り換えダンパ５２，５３を設定し、二方弁２５Ａを閉じ、二方弁２５Ｂを開けた状態は、除湿運転と暖房除湿運転をする場合である。すなわち空気吸込口５５で吸い込んだ空気は、室内空調熱交換器７で熱交換した後、室内冷却熱交換器６Ｂで熱交換し、空気吐出口５７から吹き出される。

図１５に示すように、切り換えダンパ５２，５３を設定し、二方弁２５Ａを開け、二方弁２５Ｂを閉じた状態は、冷房運転と暖房運転と暖房，機器冷却運転と機器加熱運転と除霜運転をする場合である。すなわち空気吸込口５５で吸い込んだ空気は、室内冷却熱交換器６Ａで熱交換した後、室内空調熱交換器７で熱交換し、空気吐出口５７から吹き出される。

なお、暖房運転と暖房，機器冷却運転では、図１５において二方弁２５Ａと二方弁２５Ｂの両方を開けた場合、室内冷却熱交換器６Ａと６Ｂの両方で熱交換できるので、さらに発熱体９の排熱の利用が増えるので、空調システムのエネルギー消費低減になる。

図１６に示すように、切り換えダンパ５２，５３を設定し、二方弁２５Ａを開け、二方弁２５Ｂを閉じた状態は、機器冷却運転と冷房，機器冷却運転をする場合である。すなわち空気吸込口５５で吸い込んだ空気は、室内冷却熱交換器６Ａで熱交換した後、空気吐出口５８から吹き出され、空気吸込口５６で吸い込んだ空気は、室内空調熱交換器７で熱交換した後、空気吐出口５７から吹き出される。

上記のように室内ユニット４２の構成の一例を示したが、同様の効果が得られれば他の構成であっても構わない。

ところで、機器冷却回路４１に設けられた発熱体９は、車両に搭載された機器で車両運転時に温度を所定範囲に調整する必要のある機器である。発熱体９の具体例としては、走行駆動用のモータ７３、そのモータ７３を駆動するためのインバータ７２、駆動用バッテリ７６、走行駆動系に設けられた減速機構（ギヤボックス７７）などがある。

発熱体９を機器冷却回路４１に設けて温調を行う場合、各機器の温度特性に応じて温調を行う必要がある。図１７は、温調対象の条件を示す図である。温調対象としては車室内と発熱体９があるが、発熱体９についてはモータ７３，インバータ７２，バッテリ７６，ギヤボックス７７について示した。

車室内の空調は、温度設定や外気温度等に基づいて冷暖房および除湿が適宜行われる。ただし、後述するように、発熱体９の冷却のために冷房を停止したり弱めたりする場合がある。

モータ７３やインバータ７２は、一般に高いトルクを出力している時には、温度が高くなる。そのため、所定温度以上にならないように高いトルクの出力時間が制限される。モータ７３，インバータ７２の冷却能力を高めることにより、高いトルクの出力時間を延長できるようになる。モータ７３およびインバータ７２内を循環する機器冷却媒体の温度は、例えば６０℃以下となるように制御される。

バッテリ７６は、その充放電能力を充分に発揮させるためには、すなわち充放電効率の向上を図るためにはバッテリ７６温度を所定の温度範囲に保つのが好ましい。そのため、電池温度が低い場合（例えば、外気温が低い場合における起動時）には暖機（機器加熱）を必要とし、電池自体の発熱により電池温度が高くなりすぎる場合には冷却が必要となる。

ギヤボックス７７内の平行歯車列は、潤滑油に浸かった状態である。ギヤボックス７７のケース内の潤滑油の粘度が駆動時の損失に影響し、潤滑油の温度が低い場合には（外気温が低い場合の始動時等）ギヤが潤滑油を撹拌する時の損失である攪拌損失が増大する。逆に、潤滑油温度が高すぎる場合には、ギヤの噛み合い面における油膜形成が充分に行われず、摩擦損失が増大する。そのため、冬季の始動時等においては暖機（機器加熱）が必要となり、潤滑油温度が高い場合には、ギヤボックス７７からの放熱を促す必要がある。

図１８，図１９は、発熱体９が複数の場合の配置を説明する図である。機器冷却回路４１に複数の発熱体を設ける場合、図１８に示すように並列配置する場合と、図１９に示すように直列配置する場合がある。

発熱体９を並列に配列する場合には、図１８に示すように暖機が必要な機器（バッテリ７６，ギヤボックス７７）と暖機が不要な機器（インバータ７２，モータ７３）とが別の回路となるように並列配置する。図１８の例では、インバータ７２およびモータ７３が直列配置されたラインと、バッテリ７６のみが設けられたラインと、ギヤボックス７７のみが設けられたラインとが並列接続されている。各ラインの流入側には二方弁２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが設けられている。このような配置とすることにより、それぞれのライン毎に最適な温度に調整することができる。

なお、全ての発熱体を並列に配置することも可能であるが、部品点数が増えるので好ましいとは言えない。また、バッテリ７６とギヤボックス７７とを直列配置しても良いが、一般的に駆動用のバッテリ７６は座席下方に配置され、ギヤボックス７７は駆動軸近傍に配置されるという車両搭載状況を考慮すると、図１８の構成のように別のラインに並列配置するのが好ましい。

発熱体を直列に配置する場合には、図１９に示すように機器冷却媒体の流れに対して、設定温度の低い発熱体ほど上流側に配置する。ここでは、発熱体９として、インバータ７２，モータ７３，バッテリ７６，ギヤボックス７７を設ける場合について考える。この場合、設定温度はインバータ７２が最も低く、モータ７３，バッテリ７６，ギヤボックス７７の順に高くなる。図１９では二方弁２１Ａ〜２１Ｈを備えることで、特定の発熱体９に機器冷却媒体を循環しないようにすることができる。例えば二方弁２１Ａを開け、二方弁２１Ｂを閉じることにより、インバータ７２に機器冷却媒体が循環しなくなる。

図１８，図１９に発熱体９の配置例を示したが、必ずしも同じ配置にする必要はなく、同様の効果が得られれば、他の配置であっても構わない。

本実施の形態では、空調装置６０を上述したような構成とすることで、車室内空調とモータやインバータ等の発熱体９の機器冷却・加熱とを、個別にそれぞれ制御することができる。そして、空調制御装置６１は、車室内温度および温調が必要な機器の温度がそれぞれの設定温度となるように、空調装置６０を制御する。

本発明においては、図１に示すように、空調制御装置６１は、車両運転情報６４（車速情報，アクセル開度情報など）および走行計画情報６５を取り込み、それらの情報と温調が必要な機器の温度６３と車室内温度６２に基づいて、空調装置６０を制御する。例えば、温調が必要な機器や車室内の温度変化を予測し、その予測に基づいて予め空調用冷却媒体および機器冷却媒体の設定温度を変更することで各機器の冷却および暖機を効率良く行い、機器温度が最適となるように制御する。

図２０は、空調制御装置６１における制御処理プログラムを示すフローチャートである。空調制御装置６１に設けられたマイクロコンピュータは、ソフトウェア処理により図２０に示す処理を順に実行する。なお、マクロコンピュータは、車両のイグニッションキースイッチがオンされると、図２０に示すプログラムの処理を開始する。

ステップＳ１では、車室内空調に用いる空調用冷却媒体と、発熱体９の冷却・加熱に用いる機器冷却媒体の初期設定温度を決定する。初期設定温度としては、例えば、外気温が常温で、所定速度での平坦道路走行を仮定した場合の適切温度とする。

ステップＳ２では、空調システム駆動指令が有るか否かを判定する。車両オンオフによって空調システム駆動のオンオフさせるような構成の場合には、車両オンオフスイッチがオンか否かによって空調システム駆動指令の有無を判定する。ステップＳ２においてＮＯと判定されると、図２０のプログラムを終了する。一方、ステップＳ２においてＹＥＳと判定されると、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、車両運転情報６４，走行計画情報６５，各発熱体９の検出温度および冷却媒体の検出温度の少なくとも一つに基づいて、温調対象である車室や各発熱体９や空調用冷却媒体，機器冷却媒体の温度変化を予測する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で求めた温度変化予測に基づいて、空調用冷却媒体，機器冷却媒体の設定温度変更が必要か否かを判定する。

ステップＳ４において変更必要と判定されると、ステップＳ５へ進んで冷却媒体の設定温度を変更し、ステップＳ６へ進む。一方、予測温度が算出されて、変更が必要ないと判定されると、ステップＳ５をスキップしてステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、変更された設定温度に基づいて現在の冷却媒体の温度を変更するように、図１に示した空調装置６０の各アクチュエータを制御する。

なお、上述した説明では、ステップＳ４〜ステップＳ６では冷却媒体の設定温度を変更するようにしたが、発熱体９（車室内，各機器）の設定温度を変更するようにしても良い。

次に車両の状態と温調が必要な機器である発熱体９の設定温度の変更について、図２１を用いて説明する。車両状態は、車両運転情報６４としてのアクセルセンサおよび車速センサからの検出信号や、ナビゲーション装置からの走行計画情報６５に基づくものである。図２１では、充電時，走行開始前，発進前，加減速および山道走行前と走行中，一般道走行時，高速道走行前と走行中，一時停止前（例えば、信号待待ち，渋滞など），停車前，停車時の９種類の車両状態について記載したが、車両状態はこれらに限るものではない。また、空調対象は、車室内，モータ，インバータ，バッテリ，ギヤボックスとした。

車両運転情報６４（車速，アクセル開度）より、ドライバの意図（加速したいのか等）を判断することができる。走行計画情報６５は、ナビゲーション装置による目的地までの道路情報（渋滞具合，道路の勾配），目的地情報である。これにより予想されるモータの出力や室内空調の出力から発熱体９の発熱量を予測して、車室内の設定温度および温調対象機器の設定温度を変更する。

例えば、車両運転情報６４から加速意図を予測できた場合には、予めモータ，インバータを冷却するためにモータ，インバータの設定温度を低くする。また、走行計画情報６５から山道走行が予測される場合、モータ，インバータの設定温度を初期設定よりも下げる。初期設定は、例えば、平坦道路における一般走行を仮定した設定とする。バッテリの設定温度は変更せず、効率良い充放電が行える所定温度範囲となるように機器冷却媒体の流れを制御して暖気または冷却を行う。ギヤボックスの設定温度についても変更せず、排熱の回収を行う。

充電時の場合には、設定温度は変更せず、充電中のバッテリ温度が所定温度範囲となるように暖機・冷却を制御する。車室内，モータ，インバータ，ギヤボックスに関しては、冷暖房や冷却・暖機は行わない。

走行開始前は、車両駐車中にＡＣ電源によりバッテリ充電を行う場合を想定したものである。この場合、あらかじめ車室内をＡＣ電源により冷暖房を行い、走行開始時には車室内温度が快適状態となっているようにする。

車両状態が発進前においては、直後の走行に備えて、全ての温調対象の設定温度を変更なしの状態とし、バッテリの冷却・暖機およびギヤボックスの暖機を行う。走行開始前，発進前のように、車両走行前にバッテリ，ギヤボックスを暖機しておくことで、走行時の効率向上が図れる。

車両状態が一般道走行時においては、すなわち標準的車両状態においては、全ての温調対象の設定温度を変更なしの状態とする。

車両状態が高速道走行前および走行中においても、山道走行の場合と同様にモータ出力が大きくなるので、山道走行の場合と同様の設定温度および空調制御とする。

信号待ちや渋滞時のような一時停止の状態では、モータおよびインバータの発熱が走行状態に比べて小さくなり、冷却力がより小さくても温度が上がらないので、モータおよびインバータの設定温度を上げて冷却力を弱める。その結果、省エネを図ることができる。バッテリの設定温度に関しては、温度範囲を広くする。

目的地到着時のように走行計画情報から停車が予測される状態（停車前）では、モータ，インバータおよびバッテリの設定温度については一時停止前の場合と同様に設定される。ただし、車室内の冷暖房およびギヤボックスの冷却・暖機については、車両駆動が停止されることが予測されるので予め停止して、省エネを図る。

さらに、停車時には、車室内の冷暖房および全ての温調対象機器の冷却・暖機が停止される。

なお、車室内空調と各機器の冷却・暖機が行われている状態で、各機器の温度がそれらの上限温度に近い場合には、車室内空調よりも各機器の冷却・暖機を優先する。

上述した図２０のフローチャートの制御においては、ステップＳ３で温度変化を予測し、その予測結果に基づいて冷却媒体の設定温度（目標温度）を変更するようにしたが、車両運転情報６４や走行計画情報６５から図２１に示す車両状態が予測し、その予測結果から直接に設定温度の変更を決定するようにしても良い。

次に本発明の車両用空調システムが搭載される電気自動車の制御装置の構成を図２２を用いて説明する。電気自動車の制御装置は、車両全体の制御を行う車両制御装置７０と、空調装置６０の制御を行う空調制御装置６１と、モータ７３，インバータ７２，ブレーキ７４の制駆動を制御する制駆動制御装置７１と、バッテリ７６の電力管理を行う電池制御装置７５とからなる。なお、上記以外にも制御装置は存在するが、本実施例では記載を省略する。

空調制御装置６１は、上述した図３〜図１１に示した空調装置６０の動作の切り換え及び図２０に示した空調用冷却媒体と機器冷却媒体の温度の制御を行う。空調制御装置６１は、空調装置６０と一体あるいは空調装置６０の一部と一体構造とする場合、車両への搭載性が向上する。

また、空調制御装置６１は、車両制御装置７０，制駆動制御装置７１，電池制御装置７５のうち少なくとも一つと一体構造とすることにより、制御装置間の配線や車両設置のための固定治具を省くことができるのでよい。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１圧縮機
２室外熱交換器
３室外ファン
４中間熱交換器
５循環ポンプ
６，６Ａ，６Ｂ室内冷却熱交換器
７室内空調熱交換器
８，５４室内ファン
９，９Ａ，９Ｂ発熱体
９Ａ，７２インバータ
９Ｂ，７３モータ
９Ｃ，７６バッテリ
９Ｄギヤボックス
１０吐出配管
１１吸込配管
１９四方弁
２０三方弁
２１，２４，２５二方弁
２２Ａ，２２Ｂ，２３膨張弁
４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，５０，５１機器冷却回路
４２室内ユニット
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ空気出入り口
４４，５２，５３切り換えダンパ
５５，５６吸込口
５７，５８吐出口
６０空調装置
６１空調制御装置
６２車室内温度
６３温調が必要な機器の温度
６４車両運転情報
６５走行計画情報
７０車両制御装置
７１制駆動制御装置
７４ブレーキ
７５電池制御装置
９０，９０Ａ，９０Ｂ冷凍サイクル回路

Claims

空調用冷却媒体を圧縮する圧縮機と、前記空調用冷却媒体と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内空調熱交換器と、を順次環状に接続してなる冷凍サイクル回路と、発熱体と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器と、発熱体を冷却する機器冷却媒体と前記冷凍サイクル回路中の前記空調用冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器と、前記機器冷却媒体を循環させるポンプと、を環状に接続してなる機器冷却回路とを備えた車両用空調システムであって、
前記中間熱交換器は、前記空調用冷却媒体の配管の一端が、前記室外熱交換器と前記室内空調熱交換器を接続する液配管に、他端が前記圧縮機の吸込口に接続され、
前記室内空調熱交換器と、前記中間熱交換器はそれぞれ、前記液配管と接続する空調用冷却媒体の配管経路に、各熱交換器へ流れる前記空調用冷却媒体の流量を可変とする空調用流量制御手段と、冷却用流量制御手段を有しており、前記室外熱交換器と液配管を接続する前記空調用冷却媒体の配管経路に、前記空調用冷却媒体の流量を可変とする室外流量制御手段を有していることを特徴とする車両用空調システム。
空調用冷却媒体を圧縮する圧縮機と、前記空調用冷却媒体と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内空調熱交換器と、を順次環状に接続してなる冷凍サイクル回路と、発熱体と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器と、発熱体を冷却する機器冷却媒体と前記冷凍サイクル回路中の前記空調用冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器と、前記機器冷却媒体を循環させるポンプと、を環状に接続してなる機器冷却回路とを備えた車両用空調システムであって、
前記中間熱交換器は、前記空調用冷却媒体の配管の一端が、前記室外熱交換器と前記室内空調熱交換器を接続する液配管に、他端が前記圧縮機の吸込口に接続され、
前記室外熱交換器と、前記室内空調熱交換器と、前記中間熱交換器は、第一流路切換手段と第二流路切換手段とを介して、前記圧縮機の吐出口または前記圧縮機の吸込口に、任意に切換可能に接続されていることを特徴とする車両用空調システム。
空調用冷却媒体を圧縮する圧縮機と、前記空調用冷却媒体と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内空調熱交換器と、を順次環状に接続してなる冷凍サイクル回路と、発熱体と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器と、発熱体を冷却する機器冷却媒体と前記冷凍サイクル回路中の前記空調用冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器と、前記機器冷却媒体を循環させるポンプと、を環状に接続してなる機器冷却回路とを備えた車両用空調システムであって、
前記中間熱交換器は、前記空調用冷却媒体の配管の一端が、前記室外熱交換器と前記室内空調熱交換器を接続する液配管に、他端が前記圧縮機の吸込口に接続され、
車室内へ吹き出す空気が前記室内空調熱交換器を通過した後に前記室内冷却熱交換器を通過する場合と、車室内へ吹き出す空気が前記室内冷却熱交換器を通過した後に前記室内空調熱交換器を通過する場合に切り換えられるようにしたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項１〜３に記載の車両用空調システムにおいて、
前記室内冷却熱交換器を通過する空気が車室内へ吹き出す場合と車外へ吹き出す場合に切り換えられるように前記室内冷却熱交換器と前記室内空調熱交換器の間に切り替えダンパを備えたことを特徴とする車両用空調システム。
空調用冷却媒体を圧縮する圧縮機と、前記空調用冷却媒体と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内空調熱交換器と、を順次環状に接続してなる冷凍サイクル回路と、発熱体と、車室内へ吹き出す空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器と、発熱体を冷却する機器冷却媒体と前記冷凍サイクル回路中の前記空調用冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器と、前記機器冷却媒体を循環させるポンプと、を環状に接続してなる機器冷却回路とを備えた車両用空調システムであって、
前記中間熱交換器は、前記空調用冷却媒体の配管の一端が、前記室外熱交換器と前記室内空調熱交換器を接続する液配管に、他端が前記圧縮機の吸込口に接続され、
前記発熱体を冷却する機器冷却時に、前記機器冷却回路を循環する前記機器冷却媒体を前記室内冷却熱交換器でのみ冷却する場合と、前記室内冷却熱交換器と前記中間熱交換器で前記機器冷却媒体を冷却する場合とを前記冷却用流量制御手段の開度を制御することにより切り換えることを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項１〜４記載の車両用空調システムにおいて、
車室内を暖房する以外の時には、前記室内冷却熱交換器を通過する空気を前記切り替えダンパで車外へ吹き出すようにしたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項１〜４に記載の車両用空調システムにおいて、
車室内を冷房する場合には、前記機器冷却回路の前記機器冷却媒体を前記主回路ではなく、前記バイパス回路に流すようにしたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項１〜４に記載の車両用空調システムにおいて、
冷房運転，暖房運転，暖房・機器冷却運転，除霜運転をする場合には、車室内へ吹き出す空気が前記室内冷却熱交換器を通過した後に前記室内空調熱交換器を通過するようにしたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項３または４に記載の車両用空調システムにおいて、
前記室内冷却熱交換器は第一室内冷却熱交換器と第二室内冷却熱交換器とを備え、前記室内空調熱交換器と、空気を吸い込む室内ファンと、空気の流れを切り換える第一切り換えダンパ，第二切り換えダンパと、前記第一室内冷却熱交換器と前記第二室内冷却熱交換器への機器冷却媒体の流れを切り換える第三流路切換手段，第四流路切換手段とからなる室内ユニットを備えたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項９に記載の車両用空調システムにおいて、
前記室内ユニットは前記室内空調熱交換器の上流側，下流側にそれぞれ第一室内冷却熱交換器，第二室内冷却熱交換器を配置し、前記室内空調熱交換器と前記第一室内冷却熱交換器の間に前記第一切り換えダンパと前記第二切り換えダンパを備えたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項９または１０に記載の車両用空調システムにおいて、
前記室内ユニットは、空気を吸い込む第一空気吸込口、第二空気吸込口と、空気を吹き出す第一空気吐出口，第二空気吐出口を備え、前記第一空気吸込口および前記第二空気吸込口は室内空気または車外空気を吸い込み、前記第一空気吐出口は室内に吹き出し、前記第二空気吐出口は室外に吹き出すようにしていることを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項９〜１１に記載の車両用空調システムにおいて、
前記第一切り換えダンパは、前記第二空気吸込口から吸い込む空気量を調整できるようにしており、前記第二空気吸込口から吸い込んだ空気は前記第一室内冷却熱交換器を通らず、前記室内空調熱交換器と前記第二室内冷却熱交換器を通り、前記第一空気吐出口から吹き出すようにしたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項９〜１１に記載の車両用空調システムにおいて、
前記第二切り換えダンパは、前記第一空気吸込口から吸い込んだ空気が前記第一室内冷却熱交換器を通過した後、前記第二空気吐出口から吹き出すか、または前記第一空気吐出口から吹き出すか切り換えるようにしたことを特徴とする車両用空調システム。
前記請求項９〜１３に記載の車両用空調システムにおいて、
除湿運転，暖房除湿運転をする場合には、前記第一空気吸込口で吸い込んだ空気を前記室内空調熱交換器で熱交換した後、前記第二室内冷却熱交換器で熱交換し、前記第一空気吐出口から吹き出すようにしたことを特徴とする車両用空調システム。