JPH07329544A

JPH07329544A - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JPH07329544A
Application number: JP6124865A
Authority: JP
Inventors: Akira Isaji; 晃伊佐治
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1995-12-19

Abstract

(57)【要約】【目的】寒冷地でも充分な暖房能力が得られ、電気自
動車の走行用モータや走行用インバータ等の車載電気機
器からの排熱を車室内の暖房に有効活用できる電気自動
車用空気調和装置１を提供する。【構成】冷媒圧縮機１０、四方弁１９、冷媒凝縮器１
１、暖房用減圧手段１２、冷媒水熱交換器１３、アキュ
ームレータ１６を環状に接続した冷凍サイクル４と、冷
媒水熱交換器１３、ウォータポンプ４４、排熱冷却器４
２、燃焼式ヒータ４３を環状に接続した水サイクル５
と、冷媒凝縮器１１を収容したダクト２とからなる。そ
して、ヒートポンプ暖房時に排熱冷却器４２にて吸熱し
た車載電気機器の排熱量を冷媒水熱交換器１３で冷媒に
与え、燃焼ヒータ暖房時に燃焼式ヒータ４３の燃焼熱量
を冷媒水熱交換器１３で冷媒に与えて、冷媒凝縮器１１
にて放熱することにより、車室内の暖房を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばエンジン冷却
水を有しない電気自動車や空冷式内燃機関搭載車等の車
室内の空調に利用される車両用空気調和装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば電気自動車のようなエ
ンジン冷却水からの排熱を利用して車室内の暖房ができ
ない車両用空気調和装置として、特開平５−３１９０７
７号公報に開示された技術がある。この従来の技術は、
図１５に示したように、電気自動車の車室内へ空気を送
るためのダクト３０１内に、冷凍サイクル３０２に組み
込まれた冷媒凝縮器３０３と冷媒蒸発器３０４を設置
し、ダクト３０１外に、空冷式の室外熱交換器３０５を
設置している。

【０００３】そして、この従来の技術は、室外熱交換器
３０５を、冷房モード時はコンデンサとして働かせ、ヒ
ートポンプ暖房モード時にはエバポレータとして働かせ
るように四方弁３０６、電磁弁３０７、３０８弁等によ
り冷凍サイクル３０１内の冷媒の流れ方向を切り替える
ようにしたものであった。なお、３０９は冷媒圧縮機、
３１０は暖房用減圧手段、３１１は冷房用減圧手段、３
１２はアキュームレータ、３１３は送風機である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、ダクト３０１内の冷媒凝縮器３０３を用い
て車室内の暖房を行う暖房運転時に外気温が−１０℃以
下に低下すると暖房能力が極端に低下してしまう。とく
に寒冷地（外気温が−１０℃〜−３０℃以下に低下する
地域）ではそのようなヒートポンプ暖房では暖房能力が
著しく不足するという不具合があった。そこで、寒冷地
ではヒートポンプ暖房では能力不足であるため、寒冷地
仕様の暖房用熱源として燃焼式ヒータを利用することが
望まれる。

【０００５】また、電気自動車の走行用モータや走行用
インバータ等の車載電気機器の冷却を水冷で行っていて
も、その車載電気機器からの排熱を車室内の暖房に活用
していないため、車両全体としてトータル的にエネルギ
ーを見たときエネルギーを充分有効に利用していなかっ
た。

【０００６】この発明の目的は、寒冷地でも充分な暖房
能力が得られ、且つ燃焼式ヒータを有する水サイクルと
冷凍サイクルとを組み合わせることができる車両用空気
調和装置を提供することにある。

【０００７】この発明の目的は、暖房能力の向上が得ら
れ、車載電気機器からの排熱を車室内の暖房に有効活用
でき、且つ排熱冷却器を有する水サイクルと冷凍サイク
ルとを組み合わせることができる車両用空気調和装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、車室内へ向かって空気を送るためのダクトと、この
ダクト内において車室内へ送風する送風機と、冷媒を圧
縮して吐出する冷媒圧縮機、前記ダクト内に設置され、
前記冷媒圧縮機より流入した冷媒の凝縮熱により空気を
加熱する冷媒凝縮器、および前記ダクト外に設置され、
前記冷媒凝縮器より流入した冷媒と水とを熱交換させて
冷媒を蒸発させる冷媒水熱交換器を有する冷凍サイクル
と、燃料の燃焼熱により水を加熱する燃焼式ヒータ、お
よびこの燃焼式ヒータで加熱された水を前記冷媒水熱交
換器へ循環させるポンプを有する水サイクルとを備えた
技術手段を採用した。

【０００９】請求項２に記載の発明は、車室内へ向かっ
て空気を送るためのダクトと、このダクト内において車
室内へ送風する送風機と、冷媒を圧縮して吐出する冷媒
圧縮機、前記ダクト内に設置され、前記冷媒圧縮機より
流入した冷媒の凝縮熱により空気を加熱する冷媒凝縮
器、および前記ダクト外に設置され、前記冷媒凝縮器よ
り流入した冷媒と水とを熱交換させて冷媒を蒸発させる
冷媒水熱交換器を有する冷凍サイクルと、通電されると
発熱する車載電気機器を水により冷却して排熱を水に与
える排熱冷却器、およびこの排熱冷却器で排熱を与えら
れた水を前記冷媒水熱交換器へ循環させるポンプを有す
る水サイクルとを備えた技術手段を採用した。

【００１０】なお、前記冷凍サイクルは、冷媒と室外空
気とを熱交換させる室外熱交換器を、前記冷媒水熱交換
器と直列または並列して接続しても良い。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、燃焼式ヒータ
にて燃料を燃焼させることにより水が加熱される。そし
て、燃焼式ヒータにて加熱された高温の水を冷媒水熱交
換器内に流入させることにより、水と冷媒とが冷媒水熱
交換器内で熱交換して冷媒が加熱され蒸発する。そし
て、冷媒水熱交換器内で蒸発した冷媒は、冷媒圧縮機の
作用によりダクト内の冷媒凝縮器に送られ、冷媒凝縮器
で放熱する。そして、冷媒凝縮器にて冷媒の凝縮熱によ
り加熱された空気は、送風機の作用により車室内へ吹き
出される。このように、燃焼式ヒータで加熱された水の
高温の熱エネルギーを利用して車室内が暖房されるの
で、仮に外気温が−１０℃以下に低下しても、充分な暖
房能力が得られる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、排熱冷却
器にて車載電気機器の排熱を回収することにより水が加
熱される。そして、排熱冷却器にて排熱を回収した高温
の水を冷媒水熱交換器内に流入させることにより、水と
冷媒とが冷媒水熱交換器内で熱交換して冷媒が加熱され
蒸発する。そして、冷媒水熱交換器内で蒸発した冷媒
は、冷媒圧縮機の作用によりダクト内の冷媒凝縮器に送
られ、冷媒凝縮器で放熱する。そして、冷媒凝縮器にて
冷媒の凝縮熱により加熱された空気は、送風機の作用に
より車室内へ吹き出される。このように、車載電気機器
からの排熱を車室内の暖房に有効活用することにより、
暖房能力が向上する。

【００１３】

【実施例】次に、この発明の車両用空気調和装置を電気
自動車用空気調和装置に適用した複数の実施例に基づい
て説明する。

【００１４】〔第１実施例の構成〕図１ないし図１０は
この発明の第１実施例を示したもので、図１は電気自動
車用空気調和装置を示した図である。この電気自動車用
空気調和装置１は、所謂電気自動車用マニュアルエアコ
ンまたは電気自動車用オートエアコンとして利用される
ものである。

【００１５】電気自動車用空気調和装置１は、車室内へ
空気を送るためのダクト２、このダクト２内において空
気流を発生させる送風機３、冷媒が循環する冷凍サイク
ル（ヒートポンプサイクル）４、水が循環する水サイク
ル５、および車載電源（バッテリ）６の電力により作動
し各空調機器をコントロールする電子制御装置（以下Ｅ
ＣＵと呼ぶ）１００等から構成されている。

【００１６】ダクト２は、電気自動車の車室内の前方側
に配設され、風上側に内気導入口（図示せず）および外
気導入口（図示せず）を有している。そして、内気導入
口および外気導入口の内側には、内外気切替手段として
の内外気切替ダンパ（図示せず）が回動自在に支持され
ている。

【００１７】また、ダクト２の風下側には、デフ吹出
口、フェイス吹出口およびフット吹出口等の各吹出口
（図示せず）が設けられている。そして、各吹出口の内
側には、吹出口切替手段としてのモード切替ダンパ（図
示せず）が回動自在に支持されている。

【００１８】送風機３は、ダクト２の風上側に設置され
ているスクロールケーシング、このスクロールケーシン
グ内において回転自在に支持されたブロワ、およびこの
ブロワを回転させるブロワモータ等から構成されてい
る。この送風機３は、ブロワモータ（図示せず）によっ
て回転速度が制御されるもので、内気導入口または外気
導入口から車室内空気（以下内気と略す）または車室外
空気（以下外気と略す）を吸引して車室内へ送風する送
風手段である。

【００１９】冷凍サイクル４は、所謂アキュームレータ
サイクルであって、冷媒圧縮機１０、冷媒凝縮器１１、
暖房用減圧手段１２、冷媒水熱交換器１３、冷房用減圧
手段１４、冷媒蒸発器１５、アキュームレータ１６、冷
媒流路切替弁１７、１８、四方弁１９およびこれらを接
続する冷媒配管等から構成されている。

【００２０】冷媒圧縮機１０は、電動式の冷媒圧縮機で
あって、吸入口より内部に吸入したガス冷媒を圧縮して
高温、高圧のガス冷媒を吐出口より吐出する圧縮部と、
この圧縮部を駆動する駆動部としての電動モータ（図示
せず）とからなる。この冷媒圧縮機１０は、ＥＣＵ１０
０の出力信号に基づいて冷媒圧縮機１０の回転速度を制
御する回転速度制御手段としてのエアコン用インバータ
２０を備えている。

【００２１】そして、電動モータは、エアコン用インバ
ータ２０によって車載電源６から印加される電力が連続
的あるいは段階的に可変制御される。したがって、冷媒
圧縮機１０は、印加電圧の変化による電動モータの回転
速度の変化によって、冷媒吐出容量を変化させて冷凍サ
イクル４内を循環する冷媒の流量を調節することにより
冷媒凝縮器１１の暖房能力、冷媒蒸発器１５の冷房能力
や冷媒水熱交換器１３の放熱能力または吸熱能力を制御
する。

【００２２】冷媒凝縮器１１は、ダクト２内において冷
媒蒸発器１５の風下側に設置されている。この冷媒凝縮
器１１は、ヒートポンプ暖房モード時、燃焼ヒータ暖房
モード時および除湿モード時に冷媒圧縮機１０より流入
した高温、高圧の冷媒と送風機３により吹き付けられる
外気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる空冷式のコンデ
ンサとして働く。

【００２３】なお、冷媒凝縮器１１の風上側にエアミッ
クスドア等の加熱量調整手段を設けて、ヒートポンプ暖
房モード時、燃焼ヒータ暖房モード時および除湿モード
時に車室内の暖房能力を調整しても良い。また、冷房モ
ード時にエアミックスドアにより冷媒凝縮器１１を塞ぐ
ことにより、冷媒蒸発器１５からの冷風を冷媒凝縮器１
１より迂回させるようにしても良い。

【００２４】暖房用減圧手段１２は、キャピラリチュー
ブ、オリフィス、膨張弁等よりなり、ヒートポンプ暖房
モード時および燃焼ヒータ暖房モード時に内部を冷媒が
流れる。この暖房用減圧手段１２は、内部を流れる冷媒
を減圧して気液二相状態の冷媒にする。

【００２５】図２ないし図５は冷媒水熱交換器１３の一
例を示した図である。冷媒水熱交換器１３は、ダクト２
外に設置され、冷房モード時に冷媒圧縮機１０より流入
した高温、高圧の冷媒と送風機３により吹き付けられる
外気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる水冷式のコンデ
ンサとして働き、且つ除湿モード時に冷媒凝縮器１１よ
り流入した高圧のガス冷媒と水サイクル５内を循環する
冷却水とを熱交換させて冷媒を凝縮させる水冷式のコン
デンサとして働く。

【００２６】また、冷媒水熱交換器１３は、ヒートポン
プ暖房モード時および燃焼ヒータ暖房モード時に暖房用
減圧手段１２より流入した低温、低圧の気液二相状態の
冷媒と水サイクル５内を循環する温水とを熱交換させて
冷媒を蒸発させるエバポレータとして働く。

【００２７】この冷媒水熱交換器１３は、図２ないし図
５に示したように、アルミニウム合金等の金属製で、２
重ループ状の円管状の伝熱管３１、および２つの直管状
の伝熱管３２、３３よりなる。これらの伝熱管３１〜３
３は、２重管式の伝熱管であって、内側に断面形状が円
形状の水通路３４、外側に放射状に列設された複数の冷
媒通路３５を有している。伝熱管３２には、水入口管３
６と冷媒出口管３７が取り付けられている。また、伝熱
管３３には、水出口管３８と冷媒入口管３９が取り付け
られている。

【００２８】なお、冷媒水熱交換器１３としては、本例
のような２重管式熱交換器だけでなく、横形シェル・ア
ンド・チューブ式熱交換器や立形シェル・アンド・チュ
ーブ式熱交換器等のような種々の熱交換器が使用でき
る。また、伝熱管３１〜３３としては、ローフィンチュ
ーブ、インナーフィンチューブや内側筒部の表面にスパ
イラル溝を設けたコルゲートチューブ等を用いても良
い。

【００２９】そして、このような２重管式の冷媒水熱交
換器１３の必要性能は大きければ大きいほど良いが、そ
れでは大スペース、コスト高となってしまう。このた
め、コンデンサまたはエバポレータとして働く時に、冷
媒水熱交換器１３が４ｋＷ〜２ｋＷ熱交換するために、
冷媒と水との温度差を１０℃程度の上昇または下降に押
さえたいので、４００Ｗ／℃〜２００Ｗ／℃という熱交
換性能があれば良い。

【００３０】冷房用減圧手段１４は、キャピラリチュー
ブ、オリフィス、膨張弁等よりなり、冷房モード時およ
び除湿モード時に内部を冷媒が流れる。この冷房用減圧
手段１４は、内部を流れる冷媒を減圧して気液二相状態
の冷媒にする。

【００３１】冷媒蒸発器１５は、ダクト２内において冷
媒凝縮器１１の風上側に設置されている。この冷媒蒸発
器１５は、冷房モード時および除湿モード時に冷房用減
圧手段１４で減圧された低温、低圧の気液二相状態の冷
媒と送風機３の作用により通過する空気とを熱交換させ
て空気を冷却すると共に冷媒を蒸発させるエバポレータ
として働く。

【００３２】アキュームレータ１６は、内部に流入した
冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離してガス冷媒のみ冷媒
圧縮機１０に供給する気液分離器として働く。なお、気
液分離器として、レシーバを使用しても良い。このレシ
ーバの設置場所は、ヒートポンプ暖房モード時および燃
焼ヒータ暖房モード時に冷媒凝縮器１１と暖房用減圧手
段１２との間に接続し、冷房モード時および除湿モード
時に冷媒水熱交換器１３と冷房用減圧手段１４との間に
接続するように設置すると良い。

【００３３】冷媒流路切替弁１７、１８は、冷凍サイク
ル４内の冷媒の流れ方向を切り替える電磁式の冷媒流路
切替手段であって、バイパス管路２１、２２にそれぞれ
設けられている。冷媒流路切替弁１７、１８は、通電さ
れると開弁し、通電が停止されると閉弁する電磁弁であ
る。バイパス管路２１は、本発明の冷房用迂回流路であ
って、冷房モード時および除湿モード時に暖房用減圧手
段１２より冷媒を迂回させる冷媒流路である。バイパス
管路２２は、本発明の暖房用迂回流路であって、ヒート
ポンプ暖房モード時および燃焼ヒータ暖房モード時に冷
房用減圧手段１４と冷媒蒸発器１５より冷媒を迂回させ
る冷媒流路である。

【００３４】四方弁１９は、冷凍サイクル４内の冷媒の
流れ方向を切り替える電磁式の冷媒流路切替手段であっ
て、冷房モード時に図示実線の位置に設定される。この
とき、冷凍サイクル４内の冷媒は、図１に示したＣ矢印
の方向に流れる。また、ヒートポンプ暖房モード時、燃
焼ヒータ暖房モード時および除湿モード時に図示破線の
位置に設定される。このとき、冷凍サイクル４内の冷媒
は、図１に示したＨ矢印の方向またはＤ矢印の方向に流
れる。なお、２３、２４は冷媒の流れ方向を規制する逆
流防止弁（逆止弁）である。

【００３５】水サイクル５は、前述の冷媒水熱交換器１
３、空気水熱交換器４１、排熱冷却器４２、燃焼式ヒー
タ４３、ウォータポンプ４４、水流路切替弁４５〜４８
およびこれらを接続する水配管等から構成されている。
この実施例では、水サイクル５内を循環する利用水とし
て不凍液（例えばエチレングリコール水溶液）を利用し
ている。また、冷房モード時および除湿モード時には利
用水を冷却水と呼び、ヒートポンプ暖房モード時および
燃焼ヒータ暖房モード時には利用水を温水と呼ぶ。な
お、車室内の冷暖房に利用する利用水として純水や他の
水溶液を利用しても良い。

【００３６】空気水熱交換器４１は、車室外、例えば電
気自動車の走行風を受け易い場所に設置され、高温の冷
却水または温水と冷却ファン５０により送られている冷
却風や走行風とを熱交換させて冷却水または温水を所定
温度（例えば７０℃〜８５℃）以下となるように冷却す
る。この空気水熱交換器４１は、水サイクル５の水放熱
路５１に接続されている。

【００３７】なお、水サイクル５には、低温の冷却水ま
たは温水が空気水熱交換器４１にて冷却されないように
空気水熱交換器４１より冷却水または温水を迂回させる
ためのバイパス流路５２、５３が水放熱路５１と並列に
接続されている。

【００３８】排熱冷却器４２は、水サイクル５の排熱回
収路５４に接続されている。そして、排熱冷却器４２
は、電気自動車の走行用モータ（車載電気機器）Ｍの外
周部に水が流れ込むウォータジャケット（図示せず）
や、走行用モータＭの回転速度を制御する走行用インバ
ータ（車載電気機器）Ｉに組み込まれるトランジスタ等
の発熱体を固定する熱伝導性に優れる伝熱材の外周に冷
却水または温水が流れ込む水室（図示せず）を備えてい
る。

【００３９】この排熱冷却器４２は、電気自動車の走行
時に走行用モータＭや走行用インバータＩの作動に伴っ
て発生する排熱を回収して冷却水または温水を加熱する
と共に、発熱体の過熱を防止する。なお、排熱冷却器４
２内の冷却水または温水の水温を検出するための水温セ
ンサを設けて、排熱を回収した冷却水または温水の水温
が設定温度以上に上昇した際に空気水熱交換器４１で冷
却水または温水を冷却するようにしても良い。

【００４０】図６は燃焼式ヒータ４３の一例を示した図
である。燃焼式ヒータ４３は、電気自動車の車室外に搭
載され、箱体状のヒータケース６１、このヒータケース
６１内に設けられた燃焼筒６２、この燃焼筒６２内へ燃
料を送る燃料パイプ６３、始動時に燃料に着火するグロ
ープラグ６４、燃焼空気を送風する燃焼ファン６５を回
転駆動する電動モータ６６等から構成されている。この
燃焼式ヒータ４３は、ガソリン、灯油、軽油等の燃料を
燃焼筒６２中で燃焼させ、その熱量を温水に与えるもの
である。

【００４１】ヒータケース６１の下方には、燃焼空気を
吸入する吸入管６７、および燃焼排気を排出する排気管
６８が形成されている。また、ヒータケース６１と燃焼
筒６２との間には、温水が通過する温水通路６９が形成
されている。さらに、ヒータケース６１は、燃焼式ヒー
タ流路５５の上流側より温水通路６９へ温水が流入する
流入ポート７０、および温水通路６９から水を燃焼式ヒ
ータ流路５５の下流側へ流出する流出ポート７１を有し
ている。

【００４２】なお、燃焼式ヒータ４３は、燃料ポンプ
（図示せず）から圧送される燃料量が多いときに燃焼量
が大きくなり温水に与える熱量も大きくなり（ＨＩＧＨ
運転）、燃料量が少ないときに燃焼量が小さくなり温水
に与える熱量も小さくなる（ＬＯＷ運転）。

【００４３】図７および図８はウォータポンプ４４の一
例を示した図である。ウォータポンプ４４は、モータハ
ウジング８３、このモータハウジング８３内に回転自在
に支持された回転軸８４、この回転軸８４の先端部に取
り付けられたインペラ（羽根車）８５、回転軸８４を駆
動する電動モータ８６等より構成されている。モータハ
ウジング８３には、水を吸い込む吸込部８７、および水
を吐出する吐出部８８が一体形成されている。また、モ
ータハウジング８３の内部には、インペラ８５の回転に
より水に循環流を発生させるポンプ部８９が形成されて
いる。

【００４４】電動モータ８６は、モータケース９０の内
周面に固定された界磁極としてのマグネット９１、およ
びブラシ９２が摺接するコンミテータ９３を有するアー
マチュア９４等から構成されている。なお、モータハウ
ジング８３とモータケース９０とは、３つのねじ９５に
より締結することにより連結している。また、モータハ
ウジング８３と回転軸８４との間には、水の漏れを防止
するシール材９６が装着されている。

【００４５】水流路切替弁４５〜４８は、水サイクル５
内の水の流れ方向を切り替える電磁式の水流路切替手段
であって、水放熱路５１、バイパス流路５２、５３、５
６にそれぞれ設けられている。水流路切替弁４５〜４８
は、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する
電磁弁である。バイパス流路５２は、水放熱路５１より
冷却水または温水を迂回させる利用水流路で、バイパス
流路５３は、水放熱路５１と排熱回収路５４より冷却水
または温水を迂回させる利用水流路である。そして、バ
イパス流路５６は、燃焼式ヒータ流路５５より冷却水ま
たは温水を迂回させる利用水流路である。

【００４６】図９は電気自動車用空気調和装置１のＥＣ
Ｕ１００を示した図である。ＥＣＵ１００は、中央演算
処理装置（以下ＣＰＵと言う）１０１、ＲＯＭ１０２、
ＲＡＭ１０３、Ａ／Ｄ変換器１０４、インターフェイス
１０５、１０６等を持ち、それ自体は周知のものであ
る。また、ＥＣＵ１００は、走行用インバータＩにも接
続するジャンクションボックスＪを介して車載電源６よ
り電力が供給されて作動する。

【００４７】ＥＣＵ１００は、内気温センサ１１１、外
気温センサ１１２、日射センサ１１３、冷媒圧力センサ
１１４、エバ後温度センサ１１５、水温センサ１１６、
１１７、吹出温センサ１１８および操作パネル２００よ
り入力した入力信号と予めインプットされた制御プログ
ラムに基づいて、送風機３、冷媒圧縮機１０のエアコン
用インバータ２０、冷媒流路切替弁１７、１８、四方弁
１９、燃焼式ヒータ４３、ウォータポンプ４４、水流路
切替弁４５〜４８および冷却ファン５０の運転状態を制
御する。

【００４８】内気温センサ１１１は、車室内の温度（内
気温）を検出し内気温信号としてＥＣＵ１００へ出力す
る。外気温センサ１１２は、車室外の温度（外気温）を
検出し外気温信号としてＥＣＵ１００へ出力する。日射
センサ１１３は、車室内への日射量を検出し日射量信号
としてＥＣＵ１００へ出力する。冷媒圧力センサ１１４
は、冷凍サイクル４の高圧圧力（凝縮圧力）を検出し冷
媒圧力信号としてＥＣＵ１００へ出力する。

【００４９】エバ後温度センサ１１５は、冷媒蒸発器１
５の空気出口温度を検出しエバ後温度信号としてＥＣＵ
１００へ出力する。水温センサ１１６は、例えばサーミ
スタ等の感温素子よりなり、燃焼式ヒータ４３の下流側
の燃焼式ヒータ流路５５に設置され、冷却水または温水
の温度を検出し水温信号としてＥＣＵ１００へ出力す
る。

【００５０】水温センサ１１７は、例えばサーミスタ等
の感温素子よりなり、冷媒水熱交換器１３の下流側の温
水配管や排熱冷却器４２の下流側の排熱回収路５４に設
置され、冷却水または温水の温度を検出し水温信号とし
てＥＣＵ１００へ出力する。吹出温センサ１１８は、ダ
クト２のフット吹出口より車室内へ吹き出される吹出空
気の温度を検出し吹出温信号としてＥＣＵ１００へ出力
する。

【００５１】ここで、ＥＣＵ１００による燃焼式ヒータ
４３の制御の一例を説明する。ＥＣＵ１００は、燃焼式
ヒータ流路５５に設置された水温センサ１１６が上限設
定温度（例えば８０℃）以上に上昇すると、燃料ポンプ
の駆動周波数を小さくして燃料の供給量を減少させるこ
とにより燃焼式ヒータ４３をＬＯＷ運転とする。

【００５２】また、ＥＣＵ１００は、ＬＯＷ運転のまま
水の水温が上限設定温度より高い過熱温度（例えば８５
℃）以上に上昇すると、図示しない運転灯等の報知手段
を点滅させ、燃料ポンプの駆動を停止し、ファン６５の
み駆動して掃気（ポストパージ）を開始する。このと
き、ウォータポンプ４４を運転して温水通路６９に水を
循環させる。そして、所定時間（例えば１２０秒間）経
過後に掃気を終了して燃焼式ヒータ４３の全ての機器を
自動停止する。また、水温センサ１１６が上限設定温度
より低い下限設定温度（例えば７０℃）以下に低下する
と、再び燃焼式ヒータ４３の運転を再開する。

【００５３】図１０は操作パネルの一例を示した図であ
る。操作パネル２００には、吹出方向を切り替える吹出
口モード切替スイッチ群２０１、吹出温度を調整する温
度調整レバー２０２、内外気を切り替える内外気切替ス
イッチ２０３、吹出風量を手動により切り替えるブロワ
スイッチ２０４、吹出風量を自動的に切り替えるブロワ
オートスイッチ２０５および空調モードを切り替える空
調モード切替スイッチ群２０６が配置されている。

【００５４】吹出口モード切替スイッチ群２０１は、モ
ード切替ダンパ（図示せず）を開閉制御することによっ
て、乗員の頭胸部に送風するためのフェイスモード、乗
員の頭胸部と足元の双方に送風するためのバイレベルモ
ード、乗員の足元に送風するためのフットモード、乗員
の足元と窓ガラスの双方に送風するためのフットデフモ
ード、窓ガラスに送風するためのデフモードに各々切り
替えるものであり、複数のスイッチ２１１〜２１５から
構成されている。

【００５５】温度調整レバー２０２は、設定位置に応じ
て各空調モードにおける冷媒圧縮機１０の回転速度の設
定を行うものである。温度調整レバー２０２は、ストロ
ーク量に応じた複数の設定ゾーンに分割され、選択され
た空調モードと設定ゾーンに応じて冷媒圧縮機１０を駆
動するエアコン用インバータ２０の周波数を設定し回転
速度制御が行われる。

【００５６】内外気切替スイッチ２０３は、内外気切替
ダンパ（図示せず）を開閉制御することによって内気導
入口から内気を導入する内気循環モード、外気導入口か
ら外気を導入する外気導入モードに切り替えるものであ
る。空調モード切替スイッチ群２０６は、電気自動車用
空気調和装置（マニュアルエアコンの場合）１の運転停
止、冷房モード、ヒートポンプ暖房モード、燃焼ヒータ
暖房モードおよび除湿モードに切り替えるものであり、
停止スイッチ２６１、冷房スイッチ２６２、ヒートポン
プ暖房スイッチ２６３、燃焼ヒータ暖房スイッチ２６
４、除湿スイッチ２６５から構成されている。

【００５７】図１１は操作パネルの他の例を示した図で
ある。この操作パネル２００は、オートエアコンの操作
パネルであって、温度調整レバー２０７や各センサから
の入力信号に基づいて冷房モード、ヒートポンプ暖房モ
ード、燃焼ヒータ暖房モードおよび除湿モードを自動的
に切り替える。２０８は電気自動車用空気調和装置（オ
ートエアコンの場合）１の運転停止スイッチである。

【００５８】［第１実施例の作用］次に、この実施例の
電気自動車用空気調和装置１の作用を図１ないし図１１
に基づいて簡単に説明する。

【００５９】（冷房モード）冷房モード時には冷媒流路
切替弁１７、１８が共に閉弁され、四方弁１９が図示実
線の位置に設定され、冷凍サイクル４内を図１に矢印Ｃ
で示した方向に冷媒が流れる。したがって、冷媒圧縮機
１０より吐出された高温、高圧のガス冷媒は、四方弁１
９、逆止弁２４を通って、冷媒水熱交換器１３を通過す
る際に冷却水と熱交換して凝縮液化される。液冷媒は、
冷房用減圧手段１４を通過する際に減圧され低温の霧状
の冷媒（気液二相状態の冷媒）となる。

【００６０】低温の霧状の冷媒は、ダクト２内の冷媒蒸
発器１５内に流入して送風機３の作用により吹き付けら
れる空気と熱交換して蒸発気化した後にアキュームレー
タ１６内に流入する。そして、アキュームレータ１６に
て冷媒が気液分離されガス冷媒のみ冷媒圧縮機１０に吸
入される。一方、冷媒蒸発器１５にて冷媒の蒸発熱によ
り冷却された空気は、車室内へ吹き出されることにより
車室内が冷房される。

【００６１】このとき、電気自動車の走行用モータＭや
走行用インバータＩ等の車載電気機器を冷却する必要が
ある場合は当然のこと、その必要がない時でも、水流路
切替弁４５、４８を開弁し、水流路切替弁４６、４７を
閉弁し、排熱冷却器４２で車載電気機器の排熱を回収し
た冷却水をウォータポンプ４４により空気水熱交換器４
１へ循環させることにより冷却水を空気により冷却す
る。

【００６２】これにより、冷媒水熱交換器１３に入る冷
却水は排熱冷却器４２にて外気温よりやや加熱されてお
り、冷媒水熱交換器１３も冷凍サイクル４のコンデンサ
として働くので冷房性能が向上する。なお、電気自動車
が停止状態あるいは低速走行により空気水熱交換器４１
にて充分に冷却水を冷却する走行風が得られない場合
は、冷却ファン５０を作動させ強制冷却するようにす
る。

【００６３】（ヒートポンプ暖房モード）ヒートポンプ
暖房モード時には冷媒流路切替弁１７が閉弁し、冷媒流
路切替弁１８が開弁し、四方弁１９が図示破線の位置に
設定され、冷凍サイクル４内を図１に矢印Ｈで示した方
向に冷媒が流れる。したがって、冷媒圧縮機１０より吐
出された高温、高圧のガス冷媒は、ダクト２内に設置さ
れた冷媒凝縮器１１内を通過する際に送風機３の作用に
より吹き付けられる空気と熱交換して凝縮液化される。
冷媒との熱交換により加熱された温風は、車室内へ吹き
出されることにより車室内が暖房される。

【００６４】液冷媒は、暖房用減圧手段１２を通過する
際に減圧され低温の霧状の冷媒（気液二相状態の冷媒）
となる。低温の霧状の冷媒は、冷媒水熱交換器１３内に
流入して温水と熱交換して蒸発気化した後に開弁状態の
冷媒流路切替弁１８を通ってアキュームレータ１６内に
流入する。そして、アキュームレータ１６にて冷媒が気
液分離されガス冷媒のみ冷媒圧縮機１０に吸入される。

【００６５】一方、水サイクル５では、水流路切替弁４
７、４８が閉弁され、水流路切替弁４８が開弁される。
したがって、ウォータポンプ４４を運転することにより
空気水熱交換器４１で外気（例えば外気温０℃）と熱交
換することによって、例えば−１０℃から−９℃に上昇
した温水が排熱冷却器４２、バイパス流路５６を通って
冷媒水熱交換器１３内に流入する。冷媒水熱交換器１３
内に流入した温水は、冷凍サイクル４内を循環する冷媒
の蒸発熱により冷却され、逆に冷媒は、高温の暖房エネ
ルギーが温水より与えられる。

【００６６】そして、冷媒水熱交換器１３にて放熱した
温水は、再びウォータポンプ４４に戻る。このとき、走
行用モータＭや走行用インバータＩからの排熱が多い時
には、水サイクル５の途中に接続されている排熱冷却器
４２にて走行用モータＭや走行用インバータＩからの排
熱により温水を加熱することにより暖房に必要な熱量を
温水に与えるようにして、ヒートポンプ暖房用の補助熱
源として走行用モータＭや走行用インバータＩからの排
熱を有効活用することもできる。

【００６７】（燃焼ヒータ暖房モード）仕向地により外
気温が非常に低く（例えば−１０℃〜−３０℃以下の寒
冷地）冷媒水熱交換器１３では充分な熱量が得られない
場合がある。このような場合には、ヒートポンプ暖房モ
ードと同様に、冷媒流路切替弁１７が閉弁し、冷媒流路
切替弁１８が開弁し、四方弁１９が図示破線の位置に設
定され、冷凍サイクル４内を図１に矢印Ｈで示した方向
に冷媒が流れる。

【００６８】一方、水サイクル５では、水流路切替弁４
５、４６を閉弁し、水流路切替弁４７、４８を開弁し
て、燃焼式ヒータ４３の燃焼熱により温水を加熱するこ
とにより暖房に必要な熱量を温水に与えるようにする。

【００６９】ここで、燃焼式ヒータ４３の作動を図１お
よび図６に基づいて簡単に説明する。燃料ポンプの作用
で送られてきた燃料は、燃焼筒６２へ入る前に霧化さ
れ、始動時にはグロープラグ６４で燃料を着火し、運転
時には燃焼ファン６５の作用により送られてきた燃焼空
気と混合して燃焼する。燃焼排気は温水通路６９内を流
れる温水とより完全に熱交換するように燃焼筒６２内を
経て排気管６８より排出される。この燃焼排気はほぼ完
全燃焼するのでかなりクリーンなガスである。

【００７０】一方、温水は、流入ポート７０より温水通
路６９内に入り燃焼筒６２の周りを巡って加熱された後
に流出ポート７１より流出して冷媒水熱交換器１３へ供
給される。これにより、外気温が非常に低く（例えば−
１０℃〜−３０℃）、ヒートポンプ暖房が行えない地域
においても、かなり高温（例えば６０℃）の温水が冷媒
水熱交換器１３に循環することになるので、充分な熱量
で車室内を暖房することができる。

【００７１】（除湿モード）除湿モード時には、冷媒流
路切替弁１７が開弁され、冷媒流路切替弁１８が閉弁さ
れ、四方弁１９が図示破線の位置に設定され、冷凍サイ
クル４内を図１に矢印Ｄで示した方向に冷媒が流れる。
これにより、送風機３の作用により冷媒蒸発器１５に吹
き付けられた空気は冷却される。そして、空気中の水分
が凝縮され冷媒蒸発器１５のフィン等に付着することに
より空気が除湿される。そして、除湿された空気は、冷
媒凝縮器１１内の冷媒と熱交換して加熱され、車室内に
低湿度の温風が吹き出される。

【００７２】〔第１実施例の効果〕以上のように、電気
自動車用空気調和装置１は、空気水熱交換器４１や排熱
冷却器４２にて加熱した温水を冷媒水熱交換器１３内に
流入させて冷媒と熱交換させることによって高温の熱エ
ネルギーを冷媒に与え、冷媒凝縮器１１にて車室内へ吹
き出す空気に放熱することにより、従来のヒートポンプ
暖房では暖房能力が不足していた地域（例えば外気温が
０℃以下に低下する地域）においても、充分な暖房能力
を得ることができる。そして、この実施例では、温水の
保有熱を冷媒に与えた後に、冷媒から空気に与えるよう
にしているので、冷媒の凝縮圧力が上がり難く、冷媒圧
縮機１０の仕事量が増加せず、暖房効率が非常に向上す
る。

【００７３】また、燃焼式ヒータ４３の燃焼熱により加
熱された高温の温水を冷媒水熱交換器１３内に流入させ
て冷媒と熱交換させることによって高温の熱エネルギー
を冷媒に与え、冷媒凝縮器１１にて車室内へ吹き出す空
気に放熱することにより、従来のヒートポンプ暖房では
暖房能力が不足していた寒冷地（例えば外気温が−１０
℃以下に低下する地域）においても、充分な暖房能力を
得ることができる。

【００７４】さらに、排熱冷却器４２にて走行用モータ
Ｍや走行用インバータＩ等の車載電気機器の排熱を冷媒
に与えて、冷媒凝縮器１１にて車室内へ吹き出す空気に
放熱することにより、走行用モータＭや走行用インバー
タＩ等の車載電気機器の排熱を車室内の暖房に有効に活
用することができるので、車載電源６のエネルギーを有
効に利用することができる。

【００７５】〔第２実施例〕図１２はこの発明の第２実
施例を示したもので、電気自動車用空気調和装置を示し
た図である。この実施例では、冷凍サイクル４の冷媒水
熱交換器１３の出口と冷房用減圧手段１４の入口および
バイパス管路２２の入口との間に室外熱交換器２５を接
続している。この室外熱交換器２５は、車室外、例えば
電気自動車の走行風の受け易い場所に設定されている。

【００７６】室外熱交換器２５は、冷房モード時および
除湿モード時に冷媒水熱交換器１３より流入した冷媒と
電動ファン２６により吹き付けられる外気と熱交換させ
て冷媒を凝縮させるコンデンサとして働く。また、室外
熱交換器２５は、ヒートポンプ暖房モード時および燃焼
ヒータ暖房モード時に冷媒水熱交換器１３より流入した
冷媒と電動ファン２６により吹き付けられる外気と熱交
換させて冷媒を蒸発させるエバポレータとして働く。

【００７７】この実施例では、冷房モード時に室外熱交
換器２５を冷媒水熱交換器１３の性能を補うコンデンサ
（あるいはスーパークーラ）として働かせることによ
り、第１実施例より冷房効率を向上することができる。
また、ヒートポンプ暖房モード時および燃焼ヒータ暖房
モード時に室外熱交換器２５を冷媒水熱交換器１３の性
能を補うエバポレータとして働かせることにより、第１
実施例より暖房効率を向上することができる。そして、
この実施例の冷媒水熱交換器１３では、室外熱交換器２
５が直列接続されているので、５０％程度熱交換すれば
良いため、冷媒水熱交換器１３の熱交換性能は２００Ｗ
／℃〜１００Ｗ／℃が必要となる。

【００７８】〔第３実施例〕図１３はこの発明の第３実
施例を示したもので、電気自動車用空気調和装置を示し
た図である。この実施例の水サイクル５には、冷媒水熱
交換器１３、ウォータポンプ４４、空気水熱交換器４
１、燃焼式ヒータ４３が環状に接続されている。この実
施例の場合には、排熱冷却器４２、水流路切替弁４５〜
４８を廃止できるので、低コストとなる。この実施例に
おいても燃焼ヒータ暖房モードを選択することにより充
分な熱量を確保できる。なお、必要に応じて空気水熱交
換器４１に室外空気を送風する冷却ファン５０を設けて
も良い。

【００７９】〔第４実施例〕図１４はこの発明の第４実
施例を示したもので、電気自動車用空気調和装置を示し
た図である。この実施例の水サイクル５には、冷媒水熱
交換器１３、ウォータポンプ４４、空気水熱交換器４
１、排熱冷却器４２が環状に接続されている。この実施
例の場合には、燃焼式ヒータ４３、水流路切替弁４５〜
４８を廃止できるので、低コストとなる。なお、この実
施例はヒートポンプ暖房により暖房に必要な熱量が得ら
れる地域（例えば外気温が０℃以上の地域）を走行する
電気自動車に採用することが望ましい。なお、必要に応
じて空気水熱交換器４１に室外空気を送風する冷却ファ
ン５０を設けても良い。

【００８０】〔変形例〕寒冷地仕様の暖房用熱源である
燃焼式ヒータ等に環境問題の見地から使用上の制約（例
えば外気温が規定値以下に低下しないと燃焼式ヒータを
使用してはいけないという制約）がある場合でも第１、
第２実施例のエアコンシステムでは、温水の流路を水流
路切替弁４５〜４８にて切り替えることにより燃焼式ヒ
ータ４３を使用しない水流路を形成することができ、上
記制約に対応することができる。

【００８１】この実施例では、本発明を電気自動車用空
気調和装置に適用したが、本発明を空冷式エンジンや水
冷式エンジンを搭載した車両用空気調和装置に適用して
も良い。なお、水としては純水や、各種金属の防食のた
めの防食添加剤を添加した水溶液、ロングライフクーラ
ント等を利用しても良い。

【００８２】この実施例では、冷媒流路切替手段として
冷媒流路切替弁１７、１８や四方弁１９を設けたが、冷
媒流路切替手段として三方弁を設けても良い。四方弁を
持たなくても良い。この実施例では、水流路切替手段と
して水流路切替弁４５〜４８を設けたが、水流路切替手
段として三方弁や四方弁を設けても良い。

【００８３】この実施例では、寒冷地仕様の暖房用熱源
として燃焼式ヒータ４３を利用したが、寒冷地用の暖房
熱源として電気ヒータを内蔵した電気水加熱器のみを利
用しても良い。また、水の循環量をウォータポンプ４４
や流量調整弁等で調整することにより、車室内へ吹き出
す空気の吹出温度を制御しても良い。そして、排熱冷却
器４２にて排熱を回収する車載電気機器として冷媒圧縮
機１０、エアコン用インバータ２０、電動ファン、冷却
ファン５０等を用いても良い。

【００８４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、燃焼式ヒータ
の燃焼熱を利用して車室内の暖房を行うようにしている
ため、大きな熱量を車室内へ吹き出す空気に与えること
ができるので、車室内の暖房能力を向上することができ
る。

【００８５】請求項２に記載の発明は、車載電気機器か
らの排熱を車室内の暖房に活用しているので、車室内の
暖房能力を向上することができ、車両全体のエネルギー
を有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示した構成図である。

【図２】この発明の第１実施例の冷媒水熱交換器の一例
を示した正面図である。

【図３】この発明の第１実施例の冷媒水熱交換器の一例
を示した平面図である。

【図４】この発明の第１実施例の冷媒水熱交換器の一例
を示した側面図である。

【図５】この発明の第１実施例の冷媒水熱交換器の一例
を示した断面図である。

【図６】この発明の第１実施例の燃焼式ヒータの一例を
示した断面図である。

【図７】この発明の第１実施例のウォータポンプの一例
を示した縦断面図である。

【図８】この発明の第１実施例のウォータポンプの一例
を示した横断面図である。

【図９】この発明の第１実施例のＥＣＵを示したブロッ
ク図である。

【図１０】この発明の第１実施例の操作パネルの一例を
示した正面図である。

【図１１】この発明の第１実施例の操作パネルの他の例
を示した正面図である。

【図１２】この発明の第２実施例を示した構成図であ
る。

【図１３】この発明の第３実施例を示した構成図であ
る。

【図１４】この発明の第４実施例を示した構成図であ
る。

【図１５】従来の技術を示した構成図である。

【符号の説明】

Ｉ走行用インバータ（車載電気機器）Ｍ走行用モータ（車載電気機器）１電気自動車用空気調和装置２ダクト３送風機４冷凍サイクル５水サイクル１０冷媒圧縮機１１冷媒凝縮器１２暖房用減圧手段１３冷媒水熱交換器１４冷房用減圧手段１５冷媒蒸発器２１バイパス管路（冷房用迂回流路）２２バイパス管路（暖房用迂回流路）２５室外熱交換器４１空気水熱交換器４２排熱冷却器４３燃焼式ヒータ４４ウォータポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）車室内へ向かって空気を送るための
ダクトと、（ｂ）このダクト内において車室内へ送風する送風機
と、（ｃ）冷媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機、前記ダクト
内に設置され、前記冷媒圧縮機より流入した冷媒の凝縮
熱により空気を加熱する冷媒凝縮器、および前記ダクト
外に設置され、前記冷媒凝縮器より流入した冷媒と水と
を熱交換させて冷媒を蒸発させる冷媒水熱交換器を有す
る冷凍サイクルと、（ｄ）燃料の燃焼熱により水を加熱する燃焼式ヒータ、
およびこの燃焼式ヒータで加熱された水を前記冷媒水熱
交換器へ循環させるポンプを有する水サイクルとを備え
た車両用空気調和装置。
【請求項２】（ａ）車室内へ向かって空気を送るための
ダクトと、（ｂ）このダクト内において車室内へ送風する送風機
と、（ｃ）冷媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機、前記ダクト
内に設置され、前記冷媒圧縮機より流入した冷媒の凝縮
熱により空気を加熱する冷媒凝縮器、および前記ダクト
外に設置され、前記冷媒凝縮器より流入した冷媒と水と
を熱交換させて冷媒を蒸発させる冷媒水熱交換器を有す
る冷凍サイクルと、（ｄ）通電されると発熱する車載電気機器を水により冷
却して排熱を水に与える排熱冷却器、およびこの排熱冷
却器で排熱を与えられた水を前記冷媒水熱交換器へ循環
させるポンプを有する水サイクルとを備えた車両用空気
調和装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の車両用空
気調和装置において、前記冷凍サイクルは、冷媒と室外空気とを熱交換させる
室外熱交換器を、前記冷媒水熱交換器と直列または並列
して接続したことを特徴とする車両用空気調和装置。