JP7664117B2 - 車両用空調システムおよび車両用空調方法 - Google Patents

車両用空調システムおよび車両用空調方法 Download PDF

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Description

本開示は、車両に装備される空調システムであって、冷媒の回路および熱媒体の回路を含むシステム、および当該システムを用いた空調方法に関する。
特許文献１に記載された車両用熱管理装置は、外気吸熱暖房運転および排気吸熱暖房運転が可能であり、熱媒体冷却器と、熱媒体外気熱交換器と、換気熱回収熱交換器とを備えている。熱媒体冷却器は、低温媒体を冷凍サイクルの低圧側冷媒と熱交換させることによって冷却する。熱媒体外気熱交換器は、熱媒体冷却器により冷却された低温媒体と外気とを熱交換させることによって外気から低温媒体へと吸熱させる。換気熱回収熱交換器は、熱媒体冷却器により冷却された低温媒体と内気とを熱交換させることによって内気から低温媒体へと吸熱させる。この換気熱回収熱交換器により、車室の換気の際に捨てられる熱を回収している。
特許文献１の車両用熱管理装置は、外気吸熱暖房運転と排気吸熱暖房運転とを単に切り替えるのではなく、それらを状況に応じて併用するために、切替弁や送風機である吸熱量調整手段を備えている。こうした吸熱量調整手段の作動は、換気熱回収熱交換器における低温媒体の吸熱量の増減に応じて熱媒体外気熱交換器における低温媒体の吸熱量が増減するように、制御手段により制御される。
特許第６５４０１８０号公報
車室の換気の際に捨てられる熱の回収には留まらず、例えばバッテリ等の車載機器からの排熱を回収しつつ車両用空調システムを効率よく運転させたい。
本開示は、車載機器からの排熱を回収しつつ暖房性能を向上させることが可能な車両用空調システムおよび車両用空調方法を提供することを目的とする。
冷凍サイクルにより冷媒が循環するループと、冷媒との間で熱を授受する高温媒体および低温媒体がそれぞれ循環する熱媒体ループとを備えた二次ループ式空調システムによれば、発熱する車載機器から高温媒体または低温媒体に回収した熱量を冷凍サイクルに運ぶことができる。
ここで、車載機器の温度が車内暖房目標温度に対して低い場合に、車載機器からの排熱を低温媒体に回収することで冷凍サイクルの低圧を増加させつつ、排熱回収後の低温媒体を蒸発器および車外側熱交換器に供給し、車外側熱交換器において外気から低温媒体に吸熱させる吸熱運転を行うものとする。この場合において、例えば車載機器の温度上昇による低温媒体への排熱回収量の増加により、車外側熱交換器に供給される低温媒体の温度が外気温以上に上昇したとするならば、低温媒体が外気へと放熱する分、排熱回収による暖房性能改善効果が低下してしまう。それを防ぐため、車外側熱交換器における風量を制限しようとしても、当該風量は車両の走行速度に応じて変化するので、低温媒体から外気への放熱を風量の制限により防ぐことは難しい。
発明者による上記の知見に基づく本開示は、車両用の空調システムであって、冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路と、冷媒回路の冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路、および、冷媒回路の冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路を含む熱媒体回路と、熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器と、熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器と、車載機器と熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路と、熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部と、を備える。当該空調システムは、空調システムの運転モードとして、車内側熱交換器に高温媒体回路の熱媒体を供給するとともに、低温媒体回路の熱媒体に車載機器からの排熱を回収しつつ、排熱を回収し冷媒へと放熱した熱媒体を車外側熱交換器に供給する排熱回収暖房モードと、車内側熱交換器に高温媒体回路の熱媒体を供給するとともに、低温媒体回路の熱媒体に車載機器からの排熱を回収しつつ、排熱を回収し冷媒へと放熱した熱媒体を車外側熱交換器から迂回させる排熱主熱源暖房モードと、を備える。
また、本開示は、車両用の空調システムを用いる空調方法であって、空調システムは、冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路と、冷媒回路の冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路、および、冷媒回路の冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路を含む熱媒体回路と、熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器と、熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器と、車載機器と熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路と、熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部と、を備える。
当該空調方法は、車載機器の温度が、空調システムに設定されている暖房目標温度に対して低い第１条件が成立する場合には、低温媒体回路の熱媒体に車載機器からの排熱を回収し、第１条件に加え、車外側熱交換器において互いに熱交換される外気の温度と、車載機器からの排熱の回収後に冷媒へと放熱した低温媒体回路の熱媒体の温度とに係る第２条件が成立するならば、低温媒体回路の熱媒体に車載機器からの排熱を回収しつつ、排熱を回収した熱媒体を車外側熱交換器から迂回させる。
本開示に係る車両用空調システムおよび車両用空調方法によれば、排熱回収回路により車載機器から熱媒体に回収した排熱を用いて暖房性能を改善することが可能である。
車載機器の温度が暖房目標温度に対して低いとしても、低温媒体に車載機器の排熱を回収することにより、冷媒回路における低圧側の圧力を増加させて冷媒循環量を増加させ、圧縮機による消費電力を抑えて暖房性能を改善させることができる。
ここで、外気温に対して低温媒体の温度が低い場合は、外気からの吸熱運転を行い、車載機器からの発熱量が増加したこと等を理由として外気温に対して低温媒体の温度が高い場合は、低温媒体を車外側熱交換器から迂回させる排熱主熱源暖房モードを選択することができる。排熱主熱源暖房モードによれば、車外側熱交換器における風量を抑える等の制御を行うことなく、低温媒体から外気への放熱を確実に避けながら、低温媒体に回収した排熱を主熱源として暖房運転を行うことができる。
この排熱主熱源暖房モードによれば、外気温に対して低温媒体温度が高い条件において、車載機器から回収した排熱の熱量を外気へと捨てることなく冷媒回路に運ぶことができるので、暖房性能を改善することができる。
本開示の実施形態に係る車両用空調システムを模式的に示す図である。冷房モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示している。 高温側排熱回収暖房モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示す図である。 低温側排熱回収暖房モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示す図である。 排熱主熱源暖房モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示す図である。 除湿暖房排熱回収モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示す図である。 除湿暖房モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示す図である。 暖房に関するモード選択を説明するためのフローチャートである。 本開示の変形例に係る車両用空調システムを模式的に示す図である。排熱主熱源暖房モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の一例を示している。
以下、添付図面を参照しながら、一実施形態について説明する。
（全体構成）
図１に示す車両用空調システム１は、図示しない車両、例えば電気自動車等に装備されている。車両用空調システム１は、乗員が搭乗する車室２の冷暖房、除湿、換気等の空調の他、車両に搭載された車載機器５の熱管理、排熱回収等を担う。
なお、車両用空調システム１が装備される車両は、電気自動車に限られるものではなく、エンジンが搭載された車両であってもよい。
車両用空調システム１は、主な構成要素として、冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路１０と、冷媒に対して熱を授受する熱媒体が循環する熱媒体回路２０と、単数または２以上の熱交換器３１，３２を含む車内側熱交換器３０と、単数または２以上の熱交換器を含む車外側熱交換器４０と、車載機器５と前記熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路５０と、熱媒体回路２０における熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部６と、車両用空調システム１を所定の運転モードに設定し、運転モードに応じて切替部６の動作を制御する制御装置７とを備えている。
車両用空調システム１は、乗員によりあるいは制御装置７により選択される複数の運転モード（図１～図６）を備えている。図１は、冷房モードＭ１を示している。車両用空調システム１は、後述するように、車載機器５からの排熱を熱源の少なくとも一部として暖房に供することが可能である。
車両用空調システム１に要請される運転モードは、車両が使用される地域によって変わる。例えば、車両用空調システム１は、冷房モードＭ１を備えていなくてもよい。また、車両用空調システム１が、図１～図６にそれぞれ示すモードＭ１～Ｍ６以外の運転モードを備えていてもよい。
（冷媒回路）
冷媒回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、吸熱用熱交換器としての凝縮器１２と、圧縮機１１および凝縮器１２を経た冷媒の圧力を減少させる減圧部としての膨張弁１３と、放熱用熱交換器としての蒸発器１４とを備えている。
圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４、およびそれらの要素を接続する冷媒配管は、車室２の外に設置されている。
冷媒としては、公知の適宜な単一冷媒あるいは混合冷媒を用いることができる。例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２等のＨＦＣ（Hydro Fluoro Carbon）冷媒や、Ｒ１２３４ｚｅ、Ｒ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ（Hydro Fluoro Olefin）冷媒、あるいは、プロパン、イソブタン等の炭化水素（ＨＣ）系冷媒、もしくは二酸化炭素を冷媒として用いることができる。
凝縮器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒ガスを熱媒体と熱交換させることで、冷媒から熱媒体へと吸熱させる。
蒸発器１４は、膨張弁１３を経た冷媒を熱媒体と熱交換させることで、熱媒体を冷媒へと放熱させる。蒸発器１４により蒸発し、気相へと変化した冷媒は、圧縮機１１へと吸入される。凝縮器１２における冷媒圧力と蒸発器１４における冷媒圧力との差により、冷媒が冷媒回路１０を循環する。
（熱媒体回路）
熱媒体回路２０は、冷媒回路１０がなす熱源（凝縮器１２）および冷熱源（蒸発器１４）に対して熱を授受する熱媒体を車内側熱交換器３０および車外側熱交換器４０へと搬送する。熱媒体は、車室２の空調の他、車載機器５の加温、冷却等の熱管理や、車載機器５からの排熱の回収に用いることができる。車載機器５は、例えば、電動機等の駆動源、駆動回路部、およびバッテリを含む電源装置等である。
熱媒体は、液相の状態を維持して熱媒体回路２０を循環する水やブライン等の液体である。ブラインとしては、例えば、水およびプロピレングリコールの混合液、あるいは、水およびエチレングリコールの混合液を例示することができる。
熱媒体回路２０には、相対的に高温の熱媒体（高温媒体）と、相対的に低温の熱媒体（低温媒体）とがそれぞれ循環する。運転モードを問わず、高温媒体は、凝縮器１２において冷媒から吸熱し、低温媒体は、蒸発器１４において冷媒へと放熱する。
図１において、低温媒体の流れが実線の矢印で示され、高温媒体の流れが一点鎖線の矢印で示されている。熱媒体回路２０において、熱媒体が流れない経路は破線で示されている。図２以下でも同様である。
高温媒体は、例えば図１に一点鎖線の矢印で示すように、運転モードに対応する熱媒体回路２０上の所定の経路を循環する。低温媒体は、例えば図１に実線の矢印で示すように、運転モードに応じた熱媒体回路２０上の経路を循環する。
熱媒体回路２０は、熱媒体の流れを切り替える切替部６により、低温媒体が循環する低温媒体回路２１と、高温媒体が循環する高温媒体回路２２とに区分される。図１～図６には、熱媒体回路２０上のＡ～Ｄを示している。ＡからＢまでは低温媒体のみが流れる。ＣからＤまでは高温媒体のみが流れる。熱媒体回路２０における残りの区間は、運転モードに応じて低温媒体、高温媒体のいずれか一方が流れる。高温媒体は、凝縮器１２の上流のポンプ２２Ｐにより高温媒体回路２２を圧送される。低温媒体は、蒸発器１４の上流のポンプ２１Ｐにより低温媒体回路２１を圧送される。
冷媒回路１０単体では暖房能力の確保が難しいほどに外気温が低いとしても、使用温度域において相変化しない熱媒体をポンプ２１Ｐ，２２Ｐにより安定して搬送する熱媒体回路２０が冷媒回路１０と併用されていることにより、低外気温時の暖房能力を担保することができる。
冷房モードＭ１（図１）においては、低温媒体が、熱媒体回路２０の配管を通じて蒸発器１４と車内側熱交換器３０との間を循環し、熱負荷である車室２内の冷房に供される。このとき、高温媒体が、熱媒体回路２０の配管を通じて凝縮器１２と車外側熱交換器４０との間を循環する。
一方、図２～図６に示す運転モードＭ２～Ｍ６においては、高温媒体が、凝縮器１２と車内側熱交換器３０との間を循環し、車室２内の暖房に供される。このとき、低温媒体が、図４に示す運転モードＭ４を除いては、蒸発器１４と車外側熱交換器４０との間を循環する。
熱媒体回路２０は、いずれの運転モードにおいても、車内側熱交換器３０および車外側熱交換器４０の少なくとも一方に高温媒体を供給するとともに、車内側熱交換器３０および車外側熱交換器４０の少なくとも一方に低温媒体を供給する。
（車内側熱交換器）
車内側熱交換器３０は、車室２のコンソールや壁等の内側に設けられ、供給される低温媒体あるいは高温媒体と、車室２内の空気とを熱交換させる。
車内側熱交換器３０は、ブロワ３３（送風機）と、ブロワ３３により送られる空気が流れるダクト３４と、開度調整が可能なダンパ３５等と共に、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）ユニット３を構成している。
本実施形態の車内側熱交換器３０は、熱媒体の流れに関し、直列または並列に接続可能な第１熱交換器３１および第２熱交換器３２を備えている。
第１熱交換器３１および第２熱交換器３２の間には、切替部６の一部としての中間バルブ６０が設けられている。中間バルブ６０の開閉により、熱媒体の流れに関する第１熱交換器３１および第２熱交換器３２の接続状態を直列接続（図１～図３）と並列接続（図４～図６）とに切り替えることができる。
第１熱交換器３１および第２熱交換器３２が並列接続されている場合は、第１熱交換器３１および第２熱交換器３２のうちの一方に低温媒体を供給し、他方には高温媒体を供給することができる。このとき中間バルブ６０は閉じられている。
第１熱交換器３１および第２熱交換器３２が直列接続されているときは、第２熱交換器３２が熱媒体の流れの上流に位置し、第１熱交換器３１が熱媒体の流れの下流に位置している。直列接続されているとき、第２熱交換器３２から流出した熱媒体は、開いている中間バルブ６０を通じて第１熱交換器３１へと流入する。
第１熱交換器３１および第２熱交換器３２は、ブロワ３３によりダクト３４を通じて送られる空気の流れに関して直列に配置されている。第１熱交換器３１は、ブロワ３３による風の向きの風上側に配置され、第２熱交換器３２は、ブロワ３３による風の向きの風下側に配置されている。そのため、熱媒体の流れに関して第１熱交換器３１および第２熱交換器３２が直列に接続されている場合には、第１熱交換器３１および第２熱交換器３２を順次流れる空気の流れと、第２熱交換器３２および第１熱交換器３１を順次流れる熱媒体の流れとが、対向流をなしている。したがって、第１熱交換器３１および第２熱交換器３２による熱交換過程の全体に亘り空気と熱媒体との温度差を十分に維持しながら、効率よく熱交換を行わせることができる。
ダンパ３５は、図示しない駆動部により駆動されることによりダクト３４の内側で移動する可動部材である。図示しない駆動部は、制御装置７から発せられる制御指令に基づいてダンパ３５を駆動する。
ダンパ３５の動作により、例えば、図１～図３に示す全開の状態から図４に示す全閉の状態までの任意の開度を設定することができる。第１熱交換器３１を通過した空気は、ダンパ３５の開度に応じた比率で第２熱交換器３２に流入する。
例えば、図１に示すように、ダンパ３５により、第２熱交換器３２とダクト３４の内壁との間の流路３６が塞がれているとき、第１熱交換器３１を通過した空気の全量が第２熱交換器３２に流入する。一方、図４に示すように、ダンパ３５が第２熱交換器３２側に倒れていることで、ダンパ３５により第２熱交換器３２への空気の流入が規制されているとき、第１熱交換器３１を通過した空気の全量が流路３６を通過する。
ダンパ３５の開度調整により、第１熱交換器３１を通過した空気の流量全体に対する第２熱交換器３２への導入流量の比率を変化させることで、ＨＶＡＣユニット３から吹き出される空気の温度を車室２の目標温度に調整することができる。
（車外側熱交換器）
車外側熱交換器４０は、車室２の外部から取り込まれる空気（外気）と、低温媒体あるいは高温媒体とを熱交換させる。車外側熱交換器４０は、例えば、車両の空気導入口の付近に配置されるラジエータに相当する。車外側熱交換器４０およびブロワ４３から車外側熱交換器ユニット４が構成されている。
車両の走行およびブロワ４３の動作により車外側熱交換器４０に外気が供給され、車外へと排出される。
車外側熱交換器４０は、車内側熱交換器３０と同様に２つの熱交換器から構成されていてもよい。その場合は、例えば、ブロワ４３による流れに関して２つの熱交換器を直列に配置するとともに、熱媒体の流れに関して２つの熱交換器を直列接続または並列接続に切り替え可能に接続することができる。熱媒体の流れに関して直列に接続される２つの熱交換器の間には、中間バルブ６０と同様のバルブが設けられる。
車外側熱交換器４０により、図１に示す冷房モードＭ１においては外気よりも温度が高い高温媒体が外気へと放熱され、図２、図３、図５、および図６に示す暖房のモードにおいては、外気よりも温度が低い低温媒体が外気から吸熱する。
図４に示す暖房のモードは、車載機器５から低温媒体への排熱の回収により低温媒体の温度が外気温よりも高いことを想定して用意されている。低温媒体から外気への放熱を避けるため、かかる暖房モード（排熱主熱源暖房モードＭ４）においては、後述するように低温媒体を車外側熱交換器４０から迂回させる。なお、この排熱主熱源暖房モードＭ４は、車室２内が外気温まで低下している状態から、通常の暖房運転モード（車外側熱交換器４０に低温媒体、車内側熱交換器３０および車載機器５に高温媒体を供給する高温側排熱回収暖房モードＭ２）よりも早く車室２内を所定の温度まで上昇させることが可能なモードでもある。
（排熱回収回路）
排熱回収回路５０は、熱媒体の流れにおいて、凝縮器１２の上流でかつ蒸発器１４の上流に設けられており、バッテリ等である車載機器５から発せられる熱を熱媒体に回収して冷媒回路１０に渡すことが可能に構成されている。車載機器５から熱媒体に回収された排熱は、熱源の不足しがちな電気自動車の暖房時における熱源の少なくとも一部として、熱負荷である車室２内の暖房に供される。
また、車載機器５は、所定の温度範囲において安定して動作するから、排熱回収回路５０は、車載機器５を適温に調整するために用いられる。
排熱回収回路５０は、バッテリ等である車載機器５に対して高温媒体および低温媒体の一方を熱的に結合させる熱交換経路５１と、高温媒体を車載機器５から迂回させる高温側迂回経路５２と、低温媒体を車載機器５から迂回させる低温側迂回経路５３とを備えている。
排熱回収回路５０には、車載機器５と熱媒体との熱交換する／しないの切り替え、および熱交換量の調整に用いられるバルブ５４～５７が設けられている。バルブ５４～５７は、切替部６の一部に相当する。
車載機器５からの排熱の温度や車室２の目標温度、外気温等に応じて、熱交換経路５１を流れる高温媒体および低温媒体の一方と、車載機器５とが熱を授受する。
高温媒体および低温媒体のいずれも熱交換経路５１を流れず、迂回経路５２，５３をそれぞれ流れるとき、車載機器５と熱媒体とは熱を授受しない。例えば、図１に示す冷房モードＭ１においては、高温媒体および低温媒体のいずれも、それぞれの迂回経路５２，５３を通じて車載機器５から迂回しているので、車載機器５と熱媒体回路２０との間で熱が授受されない。
但し、この例には限らず、冷房モードにおいて、熱交換経路５１を流れる低温媒体により車載機器５が冷却されるようにバルブ５４～５７を動作させることができる。
車室２の暖房時において、排熱回収回路５０は、車載機器温度センサ９３により検知される車載機器５の温度と、乗員または制御装置７により設定される暖房の目標温度との関係に基づいて、高温媒体または低温媒体のいずれかに車載機器５の排熱を回収させることができる。
例えば、暖房目標温度に対して車載機器５の温度が高い場合には、高温媒体を熱交換経路５１に供給することで、車載機器５からの排熱が高温媒体に回収されて暖房に供される。これは、図２に示す高温側排熱回収暖房モードＭ２および図５に示す除湿暖房排熱回収モードＭ５に該当する。このとき、例えば、高温側迂回経路５２に設けられているバルブ５６は閉じており、高温媒体は熱交換経路５１のみを流れる。なお、図２～図５において、閉じた状態のバルブ５６またはバルブ５７を黒色で塗り潰して示す。
暖房目標温度に対して車載機器５の温度が低い場合には、低温媒体を熱交換経路５１に供給することで、車載機器５からの排熱が低温媒体に回収されて暖房に供される。これは、図３に示す低温側排熱回収暖房モードＭ３および図４に示す排熱主熱源暖房モードＭ４に該当する。
排熱回収量を調整するため、および、熱媒体との熱交換による車載機器５の過大な温度変化または急激な温度変化を避けるため、バルブ５４～５７の動作により、高温媒体および低温媒体が熱交換経路５１とそれぞれの迂回経路５２，５３とに分配可能に構成されていることが好ましい。
例えば、図２に示す高温側排熱回収暖房モードＭ２においてバルブ５６を開くことにより、熱交換経路５１と高温側迂回経路５２とに高温媒体を分配させることができる。他のモードにおいてバルブ５７を開くことにより、熱交換経路５１と低温側迂回経路５３とに低温媒体を分配させることも可能である。
車載機器５の温度を緩やかに変化させるため、例えば、熱交換経路５１と高温側迂回経路５２とに高温媒体を分配させた状態で所定時間が経過した後、バルブ５６を閉じて熱交換経路５１のみに高温媒体が流れるようにしてもよい。
外気温等の影響により車載機器５の温度が低温媒体の温度よりも低い場合には、車載機器５からの排熱を熱媒体に回収することはできない。この場合は、熱交換経路５１に低温媒体または高温媒体を供給することにより、車載機器５を加温することができる。
（切替部）
切替部６は、凝縮器１２および蒸発器１４を基準として下流に位置する下流バルブ６１～６３と、同じ基準で上流に位置する上流バルブ６４～６６と、第１熱交換器３１および第２熱交換器３２の並列接続と直列接続との切り替えに用いられる中間バルブ６０と、車載機器５からの排熱回収をする／しないの切り替え、および排熱回収量の調整に用いられる上述のバルブ５４～５７とを備えている。
下流バルブ６１～６３および上流バルブ６４～６６は、低温媒体と高温媒体とのそれぞれに対し、車内側熱交換器３０および車外側熱交換器４０の少なくとも一方を含む経路を設定可能に構成されている。
バルブ６０～６６，５４～５７はいずれも電磁弁であり、制御装置７から発せられる制御指令により開閉される。
中間バルブ６０、下流バルブ６１および下流バルブ６２は三方弁であり、下流バルブ６３は四方弁である。上流バルブ６４および上流バルブ６５は三方弁であり、上流バルブ６６は四方弁である。また、排熱回収回路５０のバルブ５４，５５は三方弁であり、バルブ５６，５７は二方弁である。
運転モードに応じて各バルブのポートが選択的に開閉され、バルブの内部に設定された流路に従い、熱媒体が熱媒体回路２０を流れる。
下流バルブ６１～６３は、凝縮器１２および蒸発器１４を基準として、熱媒体回路２０における下流に位置している。上流バルブ６４～６６は、凝縮器１２および蒸発器１４を基準として、熱媒体回路２０における上流に位置している。
図１に示す冷房モードＭ１を参照し、切替部６の動作、および熱媒体回路２０を低温媒体、高温媒体がそれぞれ流れる経路を例示する。
蒸発器１４において冷媒へ放熱した低温媒体（実線で示す）は、蒸発器１４から下流の配管８０１に流出し、下流バルブ６２および下流バルブ６３のそれぞれのポートの開閉状態に従い、配管８０２および配管８０３を順次流れ、車内側熱交換器３０へと供給される。第１熱交換器３１および第２熱交換器３２を順次流れて配管８０４に流出した低温媒体は、上流バルブ６６，６５およびバルブ５７の開閉状態に従い、配管８０５，８０６および低温側迂回経路５３を順次流れて蒸発器１４へと戻る。
一方、凝縮器１２において冷媒から吸熱する高温媒体（一点鎖線で示す）は、凝縮器１２から下流の配管８１１に流出し、下流バルブ６１、配管８１２、および配管８１３を順次流れ、車外側熱交換器４０へと供給されることで、外気へと放熱する。車外側熱交換器４０から配管８１４に流出した高温媒体は、上流バルブ６５，６４およびバルブ５６の開閉状態に従い、配管８１５，８１６、および高温側迂回経路５２を順次流れて凝縮器１２へと戻る。
本実施形態の切替部６をなすバルブの数や配置、それに応じた各運転モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの経路の設定は、あくまで一例である。車両用空調システム１に備わる各運転モードにおける低温媒体および高温媒体のそれぞれの流れを実現するために、適宜な構成の切替部を採用することができる。
（制御装置）
制御装置７は、車両用空調システム１を所定の運転モードに設定し、運転モードに応じて切替部６の動作を制御可能に構成されている。
本実施形態の車両用空調システム１は、冷房モードＭ１の他、暖房を行う５つのモードＭ２～Ｍ６を備えており、モードＭ６を除き、モードＭ２～Ｍ５においては、車載機器５からの排熱を熱源の少なくとも一部として利用する。
制御装置７は、除湿暖房を含め、暖房を行うモードに関し、図７に示すように、車載機器５の温度、暖房目標温度、および外気温の温度条件に基づいて、車両用空調システム１に所定の運転モードを設定する。
制御装置７による運転モードの設定には、例えば、車外側熱交換器４０において熱媒体と熱交換される外気の温度を検知する外気温センサ９１と、蒸発器１４から熱媒体が流出する出口における熱媒体の温度を検知する熱媒体温度センサ９２と、車載機器５の温度を検知する車載機器温度センサ９３とが用いられる。
なお、熱媒体温度センサ９２は、必ずしも蒸発器１４から熱媒体を流出させる出口に設置されている必要はなく、車外側熱交換器４０に熱媒体を流入させる入口に設置されていてもよい。あるいは、蒸発器１４の熱媒体出口と、車外側熱交換器４０の熱媒体入口との間に熱媒体温度センサ９２が設置されていてもよい。
（暖房の各モードの説明）
図７を参照し、制御装置７によるモード選択の一例を説明する。
制御装置７は、除湿を行わない通常の暖房時にあっては（ステップＳ０１でNo）、温度条件（ステップＳ０２およびステップＳ０３）に基づいて、高温側排熱回収暖房モードＭ２、低温側排熱回収暖房モードＭ３、および排熱主熱源暖房モードＭ４のうちから択一的に選択される運転モードを車両用空調システム１に設定する。
具体的には、暖房目標温度Ｔ０に対して車載機器温度センサ９３により検知される温度ＴＢが高い場合には（ステップＳ０２でYes）、高温媒体に排熱を回収しつつ外気から低温媒体への吸熱運転を行う高温側排熱回収暖房モードＭ２が選択される。制御装置７は、高温側排熱回収暖房モードＭ２を選択するにあたり、切替部６の動作を制御することで、低温媒体および高温媒体のそれぞれに、例えば図２に示す経路を設定する。
高温側排熱回収暖房モードＭ２（図２）では、外気から低温媒体に吸熱させつつ、高温媒体を熱負荷に搬送する吸熱運転を行いながら、排熱回収回路５０により車載機器５からの排熱を高温媒体に回収する。そのため、熱交換経路５１を流れることで車載機器５から吸熱し、さらに、凝縮器１２において冷媒から吸熱した高温媒体が、車内側熱交換器３０に供給されるとともに、蒸発器１４において冷媒へと放熱した低温媒体が車外側熱交換器４０に供給される。
暖房運転時の制御により、高温媒体の温度は暖房目標温度Ｔ０周辺に維持されることとなる。車載機器５の温度ＴＢが暖房目標温度Ｔ０よりも高い場合は（上述のステップＳ０２でYes）、車載機器５の温度ＴＢの方が高温熱媒体の温度よりも高くなる。そのため、高温側排熱回収暖房モードＭ２が選択される間に亘り、高温媒体は車載機器５から吸熱する。
暖房目標温度Ｔ０に対して車載機器５の温度ＴＢが低い場合には（ステップＳ０２でNo）、制御装置７により、外気温センサ９１により検知される外気温Ｔ１に対して、蒸発器１４の出口における低温媒体の温度Ｔ２が低いか否かが判定される。
この判定の結果、外気温Ｔ１に対して蒸発器１４の出口における低温媒体の温度Ｔ２が低い場合には（ステップＳ０３でYes）、低温側排熱回収暖房モードＭ３が選択される。
低温側排熱回収暖房モードＭ３（図３）では、高温側排熱回収暖房モードＭ２と同様に吸熱運転を行いながら、高温側排熱回収暖房モードＭ２とは異なり、車載機器５からの排熱を低温媒体に回収する。
一方、外気温Ｔ１に対して蒸発器１４の出口における低温媒体の温度Ｔ２が高い場合には（ステップＳ０３でNo）、排熱主熱源暖房モードＭ４が選択される。
換言すると、排熱主熱源暖房モードＭ４は、下記の第１条件および第２条件が共に成立する場合に、制御装置７により選択される。
第１条件：車載機器５の温度ＴＢが、設定されている暖房目標温度Ｔ０に対して低い。
第２条件：蒸発器１４の出口における低温媒体の温度Ｔ２が、外気温Ｔ１に対して高い。
ここで、第１条件および第２条件のそれぞれの成否を判定する具体的な方法としては、適切なモードが選択されるように、単数または複数の閾値を用いて適宜に定めることができる。
例えば、第１条件として、暖房目標温度Ｔ０に相当する或いは暖房目標温度Ｔ０よりも低い閾値ｔ１－１と、暖房目標温度Ｔ０および閾値ｔ１－１のいずれに対しても高い閾値ｔ１－２とを設定するものとする。そして、例えば、暖房目標温度Ｔ０に対して相対的に車載機器５の温度ＴＢが下降して閾値ｔ１－１以下となれば第１条件が成立し、温度ＴＢが上昇して閾値ｔ１－２以上となれば第１条件から逸脱する、というように制御装置７により第１条件の成否を判定することができる。この場合は、車載機器５の温度ＴＢが閾値ｔ１－１と閾値ｔ１－２との間の温度である間に亘り、第１条件が成立しているものと扱われる。
上記と同様に、第２条件として、外気温Ｔ１に相当する或いは外気温Ｔ１よりも高い閾値ｔ２－１と、外気温Ｔ１および閾値ｔ２－１のいずれに対しても低い閾値ｔ２－２とを設定するものとする。そして、例えば、外気温Ｔ１に対して相対的に低温媒体の温度Ｔ２が上昇して閾値ｔ２－１以上となれば第２条件が成立し、温度Ｔ２が下降して閾値ｔ２－２以下となれば第２条件から逸脱する、というように制御装置７により第２条件の成否を判定することができる。この場合は、低温媒体の温度Ｔ２が閾値ｔ２－１と閾値ｔ２－２との間の温度である間に亘り、第２条件が成立しているものと扱われる。
例えば、車載機器５からの発熱量の増加や、外気温Ｔ１の低下等に起因して、第１条件および第２条件が成立することにより、例えば、低温側排熱回収暖房モードＭ３から排熱主熱源暖房モードＭ４へと運転モードが切り替わる。このとき、車載機器５から吸熱した低温媒体を蒸発器１４により冷媒へと放熱させてもなお、低温媒体の温度Ｔ２が外気温Ｔ１よりも高い。低温側排熱回収暖房モードＭ３のようにＴ１＞Ｔ２であるならば、Ｔ１，Ｔ２の温度差に応じた熱交換の効率で、外気から低温媒体へと吸熱が可能である。かかる温度差がＴ１＜Ｔ２に逆転するのならば、低温媒体から外気へと放熱してしまう。外気に放熱されるとすれば、車載機器５から回収した排熱の熱量の一部を冷媒回路１０による冷凍サイクルに渡すことができずに冷凍サイクル外に捨てることになる。つまり、車載機器５からの排熱が十分に活用されていない。
排熱主熱源暖房モードＭ４（図４）では、低温側排熱回収暖房モードＭ３と同様に低温媒体に排熱を回収する。但し、低温媒体から外気への放熱を避けるため、低温媒体を車外側熱交換器４０から迂回させた状態で低温媒体を低温媒体回路２１に循環させる。このモードＭ４においては、外気からの吸熱運転が行われないから、車載機器５からの排熱を主熱源として暖房運転が行われる。
排熱主熱源暖房モードＭ４においては、車外側熱交換器４０を熱媒体が流れないため、ブロワ４３を停止させてもよい。
低温媒体から外気への放熱を避けるため、低温媒体を車外側熱交換器４０から迂回させることと併せて、バルブ５７により熱交換経路５１と低温側迂回経路５３との流量分配比を調整することにより車載機器５から低温媒体への排熱回収量を減少させてもよい。
本実施形態では、車外側熱交換器４０から迂回させる低温媒体の経路が、車内側熱交換器３０の第２熱交換器３２に設定されている。車内側熱交換器３０が複数の熱交換器３１，３２からなることによれば、それらを並列接続した上で、暖房に供される高温媒体を車内側熱交換器３０の一部の熱交換器３１（または３２）に供給しつつ、残りの熱交換器３２（または３１）を車外側熱交換器４０から迂回させた低温媒体を流入させる流路として利用することができる。そのため、低温媒体を迂回させるための経路を熱媒体回路２０に付加する必要がない。
第１熱交換器３１と第２熱交換器３２とが並列接続される場合は、直列接続時には使用されない配管８０８，８０９が使用される。配管８０８は、下流バルブ６３と第１熱交換器３１とを繋いでいる。配管８０９は、中間バルブ６０と上流バルブ６６とを繋いでいる。並列接続される場合は、中間バルブ６０と第１熱交換器３１とを繋ぐ配管８１０は使用されない。
暖房時においては、ブロワ３３により車室２に向けて送られる空気と低温媒体とを熱交換される必要がない。熱源が必ずしも十分でないことを考慮すれば、低温媒体を流入させる熱交換器は、空気との熱交換を伴わない、単なる流路であることが好ましい。
そのため、排熱主熱源暖房モードＭ４においては、風下側の第２熱交換器３２に低温媒体を供給するとともに、制御装置７によりダンパ３５を動作させることで、風下側の第２熱交換器３２への空気の流入を規制することが好ましい。
例えば、図４に示すように、ダンパ３５により第２熱交換器３２の空気流入部の全域を覆うことで、第２熱交換器３２への空気の流入を遮断するとよい。
ここで、暖房目標温度によっては、ダンパ３５により第２熱交換器３２の空気流入部を完全には覆わないで、第１熱交換器３１を通過した空気の一部を第２熱交換器３２に流入させることが許容される。
また、暖房目標温度が十分に低いため、第１熱交換器３１を流れる高温媒体により昇温させた空気の温度が第２熱交換器３２における低温媒体との熱交換により低下したとしても、暖房目標温度の空調空気を得ることができる場合は、第２熱交換器３２への空気の流入をダンパ３５により必ずしも規制する必要はない。例えば、第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間に配置した温度センサ、あるいは車室２に配置された温度センサにより検知される温度と、暖房目標温度とに基づき、必要に応じてダンパ３５を動作させることで第２熱交換器３２への空気の流入を規制すればよい。
除湿暖房のモードＭ５，Ｍ６（図５および図６）は、乗員の呼気等により車両の窓ガラスが曇るのを避けるために、車室２の湿度を低減させつつ、暖房を行う。
除湿暖房のモードＭ５，Ｍ６においては、ＨＶＡＣユニット３の第１熱交換器３１と第２熱交換器３２とを並列に接続するとともに、風上側の第１熱交換器３１には低温媒体を供給し、風下側の第２熱交換器３２には高温媒体を供給する。これは、排熱主熱源暖房モードＭ４において第１熱交換器３１および第２熱交換器３２にそれぞれ供給される熱媒体に対して温度の高低が逆である。
除湿暖房のモードＭ５，Ｍ６においても外気から低温媒体への吸熱運転が行われるから、低温媒体は、車外側熱交換器４０と、第２熱交換器３２とに分配して供給される。
風上側の第１熱交換器３１には低温媒体が供給され、風下側の第２熱交換器３２には高温媒体が供給されることによれば、第１熱交換器３１において低温媒体により空気から熱を奪うことで空気中の水蒸気量を下げた後、第２熱交換器３２において空気を高温媒体により加温することで空調空気を得ることができる。
本実施形態においては、除湿暖房のモードが選択される場合には（ステップＳ０１でYes）、暖房目標温度Ｔ０と車載機器５の温度ＴＢとを比較する（ステップＳ０４）。
暖房目標温度Ｔ０に対して車載機器温度センサ９３により検知される温度ＴＢが高い場合には（ステップＳ０４でYes）、高温媒体に排熱を回収しつつ除湿暖房を行う除湿暖房排熱回収モードＭ５が選択される。このとき、高温側排熱回収暖房モードＭ２と同様に、排熱回収回路５０の熱交換経路５１に高温媒体が供給される。
暖房目標温度Ｔ０に対して車載機器５の温度ＴＢが低い場合には（ステップＳ０４でNo）、高温媒体および低温媒体のいずれにも排熱を回収することなく、除湿暖房を行う除湿暖房モードＭ６が選択される。このとき、高温媒体は高温側迂回経路５２を流れ、低温媒体は低温側迂回経路５３を流れる。
（本実施形態による効果）
以上で説明した本実施形態の車両用空調システム１およびそれを用いる車両用空調方法によれば、それぞれ同一の構造の冷媒回路１０および熱媒体回路２０を用いつつ、熱源や熱負荷の変化に応じて高温媒体および低温媒体のそれぞれの流れを適宜に設定することが可能であるため、多様な運転モードＭ１～Ｍ６を実現することができる。
車両用空調システム１は排熱回収回路５０を備えているため、暖房時の熱源として、外気に加え、車載機器５から回収した排熱を用いて暖房性能を改善することが可能である。
ここで、車載機器５の温度ＴＢが暖房目標温度Ｔ０に対して高い場合には、高温媒体に車載機器５の排熱を回収することができ（高温側排熱回収暖房モードＭ２および除湿暖房排熱回収モードＭ５）、車載機器５の温度ＴＢが暖房目標温度Ｔ０に対して低いとしても、低温媒体に車載機器５の排熱を回収することができる（低温側排熱回収暖房モードＭ３）。低温媒体への排熱回収により、冷媒回路１０における低圧側の冷媒の温度が上昇し、それに伴い低圧側の冷媒の圧力が増加する。そうすると、圧縮機１１に吸収される冷媒の密度が増加することで冷媒回路１０の冷媒循環量が増加するから、圧縮機１１による消費電力を抑えて暖房性能を改善させることができる。
外気温Ｔ１に対して低温媒体の温度Ｔ２が低い場合は、外気からの吸熱運転を行い（モードＭ２，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６）、車載機器５からの発熱量が増加したこと等を理由として外気温Ｔ１に対して低温媒体の温度Ｔ２が高い場合は、低温媒体を車外側熱交換器４０から迂回させる排熱主熱源暖房モードＭ４を選択する。そのため、車外側熱交換器４０のブロワ４３による風量を抑える等の制御をすることなく、低温媒体から外気への放熱を確実に避けながら、低温媒体に回収した排熱を主熱源として、暖房運転を行うことができる。
なお、車両の走行が車外側熱交換器４０における風量に影響するため、車外側熱交換器４０における風量を制限したとしても、低温媒体から外気への放熱を必ずしも避けることはできない。
排熱主熱源暖房モードＭ４によれば、外気温Ｔ１に対して熱媒体温度Ｔ２が高い条件において、車載機器５から回収した排熱の熱量を外気へと捨てることなく冷媒回路１０に運んで暖房性能を改善することができる。
本実施形態によれば、排熱主熱源暖房モードＭ４において低温媒体を車外側熱交換器４０から迂回させることにより、外気への放熱を避けて排熱を十分に利用しつつ効率の良い暖房運転を実現することができる。そのため、外気温Ｔ１に対して蒸発器出口の熱媒体の温度Ｔ２が高い場合を含め、排熱回収量に応じて冷媒回路１０における低圧を電子膨張弁により制御する必要がなく、膨張弁１３は温度式膨張弁で足りるから、装置コストを抑えることができる。
本実施形態においては、排熱主熱源暖房モードＭ４における低温媒体の迂回先として、ＨＶＡＣユニット３に備わる複数の熱交換器のうちの一部の熱交換器（３２）を用いている。ここで、第１熱交換器３１と第２熱交換器３２とを並列に接続し、一方には低温媒体を供給し、他方には高温媒体を供給する回路構造は、除湿暖房モードを備えた車両用空調システム１には通常含まれているから、低温媒体を第２熱交換器３２へと迂回させるにあたり、新たな配管やバルブ等を車両用空調システム１に付加する必要がない。
しかも、ＨＶＡＣユニット３に設けられて車室２への空気の吹き出し温度を調整しているダンパ３５により、低温媒体が供給される第２熱交換器３２への通風を遮断することができるので、低温媒体が第２熱交換器３２において空気と熱交換されることを避けることができる。そうすると、車外側熱交換器４０を通らず第２熱交換器３２へと迂回させた低温媒体が空気と熱交換されないので、第１熱交換器３１における高温媒体と空気との熱交換により適温の空気を得つつ、車載機器５から低温媒体に回収された排熱を蒸発器１４に運んで暖房性能を改善することができる。
（変形例）
上記以外にも、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
図８に示す車両用空調システム１－１は、上記実施形態の車両用空調システム１に対し、低温媒体を車外側熱交換器４０から迂回させるためのバイパス経路８２０およびバルブ６７，６８を増設したものである。車両用空調システム１－１は、上記実施形態の車両用空調システム１と同様に構成されており、各運転モードＭ２，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６において同様に動作する。
図８は、車両用空調システム１－１の排熱主熱源暖房モードＭ４－１における熱媒体の流れを示している。上述の第１条件および第２条件が成立する場合に制御装置７によりバルブ６７を閉じ、バルブ６８を開くことにより、車外側熱交換器４０からバイパス経路８２０へと低温媒体を迂回させることができるので、低温媒体から外気への放熱を避けることができる。
他の運転モードにおいては、バルブ６７が開かれ、バルブ６８が閉じられているので、車外側熱交換器４０を熱媒体が流れる。
排熱主熱源暖房モードＭ４－１において第１熱交換器３１および第２熱交換器３２は、低温側排熱回収暖房モードＭ３と同様に直列に接続されている。そのため、ブロワ３３により送られる空気が、第２熱交換器３２および第１熱交換器３１を流れる高温媒体と熱交換されて車室２へと吹き出される。ダンパ３５の開度調整による吹き出し温度の調整が可能である。
熱媒体回路２０にバイパス経路８２０が設けられていると、車内側熱交換器３０として単一の熱交換器のみを備えている場合でも、車外側熱交換器４０から低温媒体を迂回させて暖房性能の改善を図ることができる。
上記実施形態および変形例の如く、第１条件および第２条件が成立する場合には、低温媒体を車外側熱交換器４０から完全に迂回させることが好ましい。
但し、低温媒体の一部を車外側熱交換器４０から迂回させ、残部を車外側熱交換器４０に供給することによっても、低温媒体の外気への放熱を抑えて暖房性能の改善を図ることができるから許容される。その場合は、除湿暖房のモードＭ５，Ｍ６と同様に、車外側熱交換器４０と第２熱交換器３２とに低温媒体が分配して供給される。
制御装置７によるモード選択にあたり用いられる第１条件の成否は、必ずしも車載機器５の温度ＴＢおよび目標温度Ｔ０を用いて定められるものには限らず、例えば、冷媒や熱媒体の温度、圧力等の物理量に係る適宜な閾値等を用いて定めることができる。
第２条件の成否も、必ずしも外気温Ｔ１および熱媒体の温度Ｔ２を用いて定められるものには限らず、例えば、車載機器５の温度、冷媒や熱媒体の圧力等の物理量に係る適宜な閾値等を用いて定めることができる。外気への放熱を防ぐために参照可能な任意の指標として、外気温Ｔ１および熱媒体の温度Ｔ２に加え、冷媒の温度や圧力等の物理量を用いることができる。
（付記）
以上で説明した車両用空調システムおよび車両用空調方法は、以下のように把握される。
〔１〕車両用の空調システム１，１－１は、冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路１０と、冷媒回路１０の冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路２２、および、冷媒回路の冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路２１を含む熱媒体回路２０と、熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器３０と、熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器４０と、車載機器５と熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路５０と、熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部６と、を備える。
空調システム１，１－１は、空調システムの運転モードとして、車内側熱交換器３０に高温媒体回路の熱媒体を供給するとともに、低温媒体回路２１の熱媒体に車載機器５からの排熱を回収しつつ、排熱を回収し冷媒へと放熱した熱媒体を車外側熱交換器４０に供給する排熱回収暖房モードＭ３と、車内側熱交換器３０に高温媒体回路の熱媒体を供給するとともに、低温媒体回路の熱媒体に車載機器５からの排熱を回収しつつ、排熱を回収し冷媒へと放熱した熱媒体を車外側熱交換器４０から迂回させる排熱主熱源暖房モードＭ４と、を備える。
〔２〕空調システム１は、外気の温度を検知する外気温センサ９１と、熱媒体から冷媒へと放熱させる蒸発器１４の出口、または車外側熱交換器４０の入口、あるいは、出口および入口の間で熱媒体の温度を検知する熱媒体温度センサ９２と、運転モードに応じて切替部６の動作を制御する制御装置７と、を備える。制御装置７は、外気温センサ９１により検知される外気温Ｔ１と熱媒体温度センサ９２により検知される温度Ｔ２とを用いて、排熱主熱源暖房モードＭ４，Ｍ４－１を選択する。
〔３〕車内側熱交換器３０は、送風機（３３）による空気の流れに関して直列に配置される第１熱交換器３１および第２熱交換器３２を備える。排熱主熱源暖房モードＭ４においては、風上側の第１熱交換器３１に高温媒体回路２２の熱媒体を供給するとともに、排熱を回収し冷媒へと放熱した熱媒体を風下側の第２熱交換器３２に供給する。
〔４〕空調システム１は、第１熱交換器３１を通過して第２熱交換器３２に流入する空気の流入量を変化させることが可能に構成されているダンパ３５を備える。排熱主熱源暖房モードＭ４において、ダンパ３５を動作させて第２熱交換器３２への空気の流入を規制する。
〔５〕空調システム１，１－１は、運転モードとして、第１熱交換器３１に低温媒体回路２１の熱媒体を供給するとともに、第２熱交換器３２に高温媒体回路２２の熱媒体を供給する除湿暖房モードＭ５，Ｍ６を備える。
〔６〕排熱回収回路５０は、高温媒体回路２２および低温媒体回路２１の一方の熱媒体を車載機器５に対して熱的に結合させる熱交換経路５１と、高温媒体回路２２の熱媒体を車載機器５から迂回させる高温側の迂回経路５２と、低温媒体回路２１の熱媒体を車載機器５から迂回させる低温側の迂回経路５３と、を備える。切替部６の動作により、熱交換経路５１と迂回経路５２とに（または５１と５３とに）熱媒体が分配可能に構成されている。
〔７〕空調システム１，１－１は、運転モードとして、高温媒体回路２２の熱媒体に車載機器５からの排熱を回収しつつ、排熱を回収し冷媒から吸熱した熱媒体を車内側熱交換器３０に供給するとともに、車外側熱交換器４０に低温媒体回路２１の熱媒体を供給する高温側排熱回収暖房モードＭ２を備える。
〔８〕車両用の空調システムを用いる空調方法であって、空調システム１，１－１は、冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路１０と、冷媒回路１０の冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路２２、および、冷媒回路１０の冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路２１を含む熱媒体回路２０と、熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器３０と、熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器４０と、車載機器５と熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路５０と、熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部６と、を備える。
当該空調方法は、車載機器５の温度が、空調システム１，１－１に設定されている暖房目標温度Ｔ０に対して低い第１条件が成立する場合には、低温媒体回路２１の熱媒体に車載機器５からの排熱を回収する。第１条件に加え、車載機器５からの排熱の回収後に冷媒へと放熱した低温媒体回路２１の熱媒体の温度が、外気に対して高い第２条件が成立するならば、低温媒体回路２１の熱媒体に車載機器５からの排熱を回収しつつ、排熱を回収した熱媒体を車外側熱交換器４０から迂回させる。
１，１－１ 車両用空調システム
２ 車室
３ ＨＶＡＣユニット
４ 車外側熱交換器ユニット
５ 車載機器
６ 切替部
７ 制御装置
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 膨張弁
１４ 蒸発器
２０ 熱媒体回路
２１ 低温媒体回路
２１Ｐ ポンプ
２２ 高温媒体回路
２２Ｐ ポンプ
３０ 車内側熱交換器
３１ 第１熱交換器
３２ 第２熱交換器
３３ ブロワ（送風機）
３４ ダクト
３５ ダンパ
３６ 流路
４０ 車外側熱交換器
４３ ブロワ
５０ 排熱回収回路
５１ 熱交換経路
５２ 高温側迂回経路
５３ 低温側迂回経路
５４～５７ バルブ
６０ 中間バルブ
６１～６３ 下流バルブ
６４～６６ 上流バルブ
６７，６８ バルブ
９１ 外気温センサ
９２ 熱媒体温度センサ
９３ 車載機器温度センサ
８０１～８１６ 配管
８２０ バイパス経路
Ｍ１ 冷房モード
Ｍ２ 高温側排熱回収暖房モード
Ｍ３ 低温側排熱回収暖房モード
Ｍ４ 排熱主熱源暖房モード
Ｍ５ 除湿暖房排熱回収モード
Ｍ６ 除湿暖房モード
Ｓ０１，Ｓ０２，Ｓ０３，Ｓ０４ ステップ
Ｔ０ 暖房目標温度
Ｔ１ 外気温
Ｔ２ 熱媒体温度
ＴＢ 車載機器の温度

Claims (7)

  1. 車両用の空調システムであって、
    冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路と、
    前記冷媒回路の前記冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路、および、前記冷媒回路の前記冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路を含む熱媒体回路と、
    前記熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器と、
    前記熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器と、
    車載機器と前記熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路と、
    前記熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部と、を備え、
    前記空調システムの運転モードとして、
    前記車内側熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を前記車外側熱交換器に供給する排熱回収暖房モードと、
    前記車内側熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を前記車外側熱交換器から迂回させる排熱主熱源暖房モードと、を備え、
    前記排熱回収回路は、
    前記高温媒体回路および前記低温媒体回路の一方の前記熱媒体を前記車載機器に対して熱的に結合させる熱交換経路と、
    前記高温媒体回路の前記熱媒体を前記車載機器から迂回させる高温側の迂回経路と、
    前記低温媒体回路の前記熱媒体を前記車載機器から迂回させる低温側の迂回経路と、を備え、
    前記切替部の動作により、前記熱交換経路と前記迂回経路とに前記熱媒体が分配可能に構成されている、
    車両用空調システム。
  2. 前記外気の温度を検知する外気温センサと、
    前記熱媒体から前記冷媒へと放熱させる蒸発器の出口、または前記車外側熱交換器の入口、あるいは、前記出口および前記入口の間で前記熱媒体の温度を検知する熱媒体温度センサと、
    前記運転モードに応じて前記切替部の動作を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記外気温センサにより検知される外気温と前記熱媒体温度センサにより検知される温度とを用いて、前記排熱主熱源暖房モードを選択する、
    請求項１に記載の車両用空調システム。
  3. 車両用の空調システムであって、
    冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路と、
    前記冷媒回路の前記冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路、および、前記冷媒回路の前記冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路を含む熱媒体回路と、
    前記熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器と、
    前記熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器と、
    車載機器と前記熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路と、
    前記熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部と、を備え、
    前記空調システムの運転モードとして、
    前記車内側熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を前記車外側熱交換器に供給する排熱回収暖房モードと、
    前記車内側熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を前記車外側熱交換器から迂回させる排熱主熱源暖房モードと、を備え、
    前記車内側熱交換器は、送風機による前記空気の流れに関して直列に配置される第１熱交換器および第２熱交換器を備え、
    前記排熱主熱源暖房モードにおいては、
    風上側の前記第１熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を風下側の前記第２熱交換器に供給する、
    車両用空調システム。
  4. 前記第１熱交換器を通過して前記第２熱交換器に流入する前記空気の流入量を変化させることが可能に構成されているダンパを備え、
    前記排熱主熱源暖房モードにおいて、前記ダンパを動作させて前記第２熱交換器への前記空気の流入を規制する、
    請求項３に記載の車両用空調システム。
  5. 前記運転モードとして、
    前記第１熱交換器に前記低温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記第２熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給する除湿暖房モードを備える、
    請求項３または４に記載の車両用空調システム。
  6. 車両用の空調システムであって、
    冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路と、
    前記冷媒回路の前記冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路、および、前記冷媒回路の前記冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路を含む熱媒体回路と、
    前記熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器と、
    前記熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器と、
    車載機器と前記熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路と、
    前記熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部と、を備え、
    前記空調システムの運転モードとして、
    前記車内側熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を前記車外側熱交換器に供給する排熱回収暖房モードと、
    前記車内側熱交換器に前記高温媒体回路の前記熱媒体を供給するとともに、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒へと放熱した前記熱媒体を前記車外側熱交換器から迂回させる排熱主熱源暖房モードと、
    前記高温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収し前記冷媒から吸熱した前記熱媒体を前記車内側熱交換器に供給するとともに、前記車外側熱交換器に前記低温媒体回路の前記熱媒体を供給する高温側排熱回収暖房モードと、を備える、
    車両用空調システム。
  7. 車両用の空調システムを用いる空調方法であって、
    前記空調システムは、
    冷媒が冷凍サイクルに従って循環する冷媒回路と、
    前記冷媒回路の前記冷媒から吸熱する熱媒体が循環する高温媒体回路、および、前記冷媒回路の前記冷媒へと放熱する熱媒体が循環する低温媒体回路を含む熱媒体回路と、
    前記熱媒体と空気とを熱交換させる車内側熱交換器と、
    前記熱媒体と外気とを熱交換させる車外側熱交換器と、
    車載機器と前記熱媒体との間で熱を授受させることが可能に構成されている排熱回収回路と、
    前記熱媒体の流れを切り替え可能に構成されている切替部と、を備え、
    前記空調方法は、
    前記車載機器の温度が、前記空調システムに設定されている暖房目標温度に対して低い第１条件が成立する場合には、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収し、
    前記第１条件に加え、前記車載機器からの排熱の回収後に前記冷媒へと放熱した前記低温媒体回路の前記熱媒体の温度が、前記外気に対して高い第２条件が成立するならば、前記低温媒体回路の前記熱媒体に前記車載機器からの排熱を回収しつつ、前記排熱を回収した前記熱媒体を前記車外側熱交換器から迂回させる、車両用空調方法。
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