JP5619986B2 - 車両用熱システム - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、あるいは電気鉄道等の電動車両に適用される車両用熱システムに関する。

電気自動車等の車両用熱システムについて、例えば特許文献１及び特許文献２に記載された技術が知られている。

特許文献１には、空気流路中に配設されている冷媒蒸発器、エアミックスダンパ、および熱媒ヒータにより温調された空気を車室内に吹き出すＨＶＡＣユニット と、冷媒圧縮機、冷媒の循環方向を切替る冷媒循環切替手段、冷媒と外気とを熱交換する空気熱交換器、冷媒膨張手段、および前記冷媒蒸発器がこの順に接続されるとともに、前記冷媒蒸発器に対して冷媒と熱媒とを熱交換する冷媒／熱媒熱交換器が並列に接続されているヒートポンプサイクルと、熱媒循環ポンプ、前記冷媒／熱媒熱交換器、熱媒加熱用の電気ヒータ、および前記熱媒ヒータがこの順に接続されている熱媒サイクルと、を備え、前記熱媒サイクルに走行用モータの冷却回路が電磁弁を介して並列に接続され、前記熱媒ヒータに前記冷却回路中の熱媒が熱媒ポンプを介して循環可能とされている車両用空調装置が記載されている。

特許文献２には、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、この冷媒圧縮機より吐出された冷媒と温水とを熱交換させて温水を加熱する冷媒水熱交換器、および冷媒の蒸発熱により空気を冷却する冷媒蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記冷媒水熱交換器で加熱された温水を循環させるポンプ、および前記ダクト内に設置され、前記冷媒水熱交換器より流入した温水により前記ダクト内を流れる空気を加熱する温水式加熱器を有する温水サイクルと、を備えた車両用空気調和装置が記載されている。

特開２００９−２８００２０号公報 特開平８−１９７９３７号公報

特許文献１および特許文献２にみられる技術では、冷房時は、冷媒蒸発器（本発明の「ヒートポンプ用室内熱交換器」に相当する。）で冷却した冷風で熱媒ヒータを冷却し、暖房時に冷媒／熱媒体熱交換器（本発明の「ヒートポンプ用中間熱交換器」に相当する。）で熱媒体を加熱し、熱媒ヒータで空気を加熱する方式であるので、暖房用と冷房用の熱媒体の温度が同一となるので、きめ細かい温度制御ができないという問題点があった。

本発明は、従来技術の上記問題点を解決し、低外気温度から高外気温度までの幅広い環境で、車両に搭載された発熱体の温度を常に保持するとともに、車内の冷房又は暖房を確実に行うことが可能な車両用熱システムを提供することを課題とするものである。

（１）請求項１の発明は、圧縮機、冷媒の流れ方向を切り替える第１の冷媒切り替え手段、室外熱交換器、第１の流量制御手段、第２の流量制御手段及びヒートポンプ用中間熱交換器を順に接続するとともに、前記第１の流量制御手段と前記第２の流量制御手段の間から第３の流量制御手段、ヒートポンプ用室内熱交換器、前記圧縮機の出口側と該圧縮機の入口側を切り替える第２の冷媒切り替え手段を設けたバイパス回路を備え、内部を冷媒が流れるヒートポンプシステムと、液ポンプ、車両に搭載された発熱体を冷却する冷却用熱交換器、熱媒体用室内熱交換器及び熱媒体用中間熱交換器を順次接続し内部を熱媒体が流れる熱媒体回路を設け、前記ヒートポンプ用中間熱交換器と前記熱媒体用中間熱交換器を熱交換可能に設けたことを特徴とする車両用熱システムである。

（２）請求項２の発明は、請求項１に記載された車両用熱システムにおいて、前記熱媒体用室内熱交換器が、第１の熱媒体用室内熱交換器と、該第１の熱媒体用室内熱交換器を通過する空気流の下流側に置かれた第２の熱媒体用室内熱交換器を含み、前記第１の熱媒体用室内熱交換器を通過した空気の流れを前記第２の熱媒体用室内熱交換器又は外部側に向ける風路切り替え手段を設け、前記ヒートポンプ用室内熱交換器を通過した空気の流れの下流側に前記第２の熱媒体用室内熱交換器を設けたことを特徴とする。

（３）請求項３の発明は、請求項１に記載された車両用熱システムにおいて、前記発熱体の冷却用熱交換器として、バッテリ用熱交換器、インバータ用熱交換器、電圧変換器用熱交換器、モータ用熱交換器及び変速機用熱交換器を直列に接続し、前記バッテリ用熱交換器、前記電圧変換器用熱交換器及び前記変速機用熱交換器のそれぞれに熱媒体の流量を制御するバイパス路を設けたことを特徴とする。

（４）請求項４の発明は、請求項１に記載された車両用熱システムにおいて、前記熱媒体が流れる熱媒体回路とは独立した第２の熱媒体回路を設け、前記第２の熱媒体回路に、該回路を流れる第２の熱媒体を加熱する燃焼器と補助暖房用熱交換器を設けて、前記補助暖房用熱交換器と前記熱媒体用中間熱交換器とを熱交換可能に設けたことを特徴とする。

（５）請求項５の発明は、請求項４に記載された車両用熱システムにおいて、前記ヒートポンプ用中間熱交換器、前記熱媒体用中間熱交換器及び前記補助暖房用熱交換器は、押し付け力によって熱交換可能に設けられると共に、該押し付け力を取り除くとそれぞれが分離可能に構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、車室内の空調負荷に関わらず、車両に搭載された発熱体の温度制御を容易化するので、発熱体の適切な冷却を確実に行うことができる。

本発明によれば、車両に搭載された発熱体の排熱を、車室内の暖房に有効に活用できる。また、空調停止時あるいは冷房時に風路を外部に設定することにより、第１の熱媒体用室内熱交換器で加熱された空気を、外部に排出することにより、これが室内に導入されるのを防止することができる。

本発明によれば、冷却用熱交換器に熱媒体の流量を制御する流量制御手段を設けたバイパス路を設けることにより、冷却に必要な熱媒体流量が異なる場合でも、熱媒体流量を最大となる機器に合わせ、その他の機器の流量をバイパス路に流すことにより、熱媒体の流路抵抗を小さくすると共にポンプの消費電力を少なくすることができる。

本発明によれば、バッテリ、インバータ、電圧変換器の電子部品を優先的に冷却することで、比較的耐熱温度低い電子部品の信頼性を増加し、また、バッテリ、変速機のように、効率および信頼性から最適な温度範囲がある機器については、熱媒体流量を制御することにより常に高効率で信頼性の高い最適な運転を確保することができる。

本発明によれば、補助暖房装置を設けて、補助暖房用熱交換器と熱媒体用中間熱交換器を熱交換可能に設けることにより、低外気温度の場合にも、暖房能力を確保すると共に、暖房によるバッテリの消費を抑制して、車両の走行距離の確保をすることができる。

本発明によれば、ヒートポンプ用中間熱交換器、熱媒体用中間熱交換器、補助暖房用熱交換器を分離可能とすることで、補助暖房装置が必要となった場合に後付けが容易であり、また、補助暖房装置、熱媒体回路に故障が生じても、ヒートポンプシステムから容易に切り離しが可能となり、ヒートポンプシステム内に封入された冷媒の回収を不要とし、冷媒の大気放出による地球温暖化を防止することができる。

本発明の車両用熱システムの概略構成を示す。 本発明に係る中間熱交換器25の構成を示す。 コンポーネント類の冷暖房、冷却/暖機の状態/運転条件を示す。 冷却運転モードにおける本発明の車両用熱システムを示す。 冷却・冷房運転モードにおける本発明の車両用熱システムを示す。 冷却・暖房運転モードにおける本発明の車両用熱システムを示す。 除湿運転モードにおける本発明の車両用熱システムを示す。 暖機運転モードにおける本発明の車両用熱システムを示す。 補助暖房運転モードにおける本発明の車両用熱システムを示す。

以下では、本発明の車両用熱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が、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。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、建設車両、その他の特殊車両等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モータを例に挙げて説明するが、本発明はインバータにより駆動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。

（１） 車両用熱システムの構成について
図１は、本発明の車両用熱システムの概略構成を示す図である。図１に示す車両用熱システムは、車室や温度調節が必要な機器の冷暖房、冷却/加熱を行うための室内空調ユニット60と、ヒートポンプシステム10と、車両に搭載された発熱体を温度調節するための熱媒体回路30と、これらを制御する空調制御装置 （図示省略）を備える。

車両用熱システムに設けられた各種アクチュエータは、空調制御装置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11、第１の流量制御手段としての膨張弁15、第２の流量制御手段としての膨張弁17、第３の流量制御手段としての膨張弁18、第１の冷媒切り替え手段としての四方弁12、第２の冷媒切り替え手段としての三方弁22、二方弁40（図３の二方弁Ａ）、二方弁41（図３の二方弁Ｂ）、二方弁42（図３の二方弁Ｃ）、二方弁43（図３の二方弁Ｄ）、二方弁44、二方弁45、二方弁46、室外ファン14および室内ファン61がある。

熱媒体回路30内には、液ポンプ31によって熱媒体（例えばエチレングリコール水溶液）が送出し、車両に搭載された発熱体（図１に示された実施例では、バッテリ、インバータ、電圧変換器、モータ、変速機）を冷却し、これにより温度上昇した熱媒体は、車室内に送られる空気を適宜加熱できるようになって、更に熱媒体用中間熱交換器39を経て、液ポンプ31に戻るように循環する。また、熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ80、各発熱体の温度を検出するバッテリ温度センサ81、インバータ温度センサ82、電圧変換器温度センサ83、モータ温度センサ84、変速機温度センサ85が設けられている。

これに対して、ヒートポンプシステム10の冷凍サイクルには、冷媒（例えばＲ１２３４ｙｆ）を圧縮する圧縮機11、冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器13、分岐した冷凍サイクル回路にあるヒートポンプ用中間熱交換器19、冷媒と室内空気との熱交換を行うヒートポンプ用室内熱交換器21が設けられている。

圧縮機11の吸込配管と吐出配管との間には、四方弁（第１の冷媒切り替え手段）12が設けられ、四方弁12を切り換えることによって、吸込配管および吐出配管のいずれか一方を室外熱交換器13に接続し、他方をヒートポンプ用中間熱交換器19に接続することができる。また、三方弁（第２の冷媒切り替え手段）22は、これを切り換えることによって、ヒートポンプ用室内熱交換器21を圧縮機11の吸込側および吐出側のいずれか一方に接続する。

また、膨張弁15と膨張弁17の間には余剰になった冷媒を液で溜めておくレシーバタンク16が設けられ、レシーバタンク16から、膨張弁18へのバイパス回路が設けられている。さらに、室内空調ユニット60に流入する空気の温度を検出する室内ユニット流入空気温度センサ87、ヒートポンプ用室内熱交換器21の温度を検出するヒートポンプ用室内熱交換器温度センサ88、外気の温度を検出する外気温度センサ89が設けられる。空調負荷は空調制御装置の設定温度と室内温度（図示省略）の温度差、外気温度センサ89で算出される外気温度から算出される。
前記ヒートポンプシステム10には、熱媒体回路30とは独立した補助暖房装置70を構成する補助暖房用回路（第２の熱媒体回路）74が設けられており、前記補助暖房装置70は、前記補助暖房用回路74を流れる第２の熱媒体を加熱する燃焼器71、該熱媒体を駆動する補助暖房用ポンプ73、補助暖房用熱交換器72を備えている。

図２は、本発明に係る中間熱交換器25の構成を示す。中間熱交換器25は、ヒートポンプ用中間熱交換器19、熱媒体用中間熱交換器39、補助暖房用熱交換器72を、互いに熱交換可能な状態に接触させて熱交換器押さえ枠27内に収納して、押さえ枠27を熱交換器取付部26に固定することで構成されたものである。他方、熱交換器取付部26から押さえ枠27を解放すると、ヒートポンプ用中間熱交換器19、熱媒体用中間熱交換器39、補助暖房用熱交換器72は、互いに分離可能である。

（２） コンポーネント類の冷房／暖房、冷却／暖機の運転動作について
図３は、本発明に係る車両用熱システムのコンポーネント類の冷房／暖房、冷却／暖機についての条件を示す。

次に、図１に示した車両用熱システムの運転動作について、順次説明する。以下では、冷却、冷却＋冷房、冷却＋暖房、冷却＋除湿、暖機、補助暖房の運転について説明する。

（３） 冷却運転モードについて
冷却運転モードは、室内空調が停止状態で、各発熱体の温度を検出するバッテリ温度センサ81、インバータ温度センサ82、電圧変換器温度センサ83、モータ温度センサ84、変速機温度センサ85、熱媒体温度センサ80で検出される温度が一つでも各発熱体に設定されている第１の設定温度を超えると自動的に駆動されるモードである。

図４を用いて説明する。熱媒体温度センサ80で検出される熱媒体の温度が各発熱体に設定されている第１の設定温度の最も低い温度以上になると送風冷却運転モードに制御される。液ポンプ31を運転、風路切り替え装置62を熱媒体用第１熱交換器37側、風路切り替え装置63を外気側、二方弁44、二方弁46が閉、二方弁45が開に制御され、室内ファン61が運転される。

液ポンプ31が運転されると熱媒体回路30内の熱媒体（例えば、エチレングリコール水溶液）が循環し、冷却用熱交換器としての、インバータ用熱交換器33、電圧変換器用熱交換器34、モータ用熱交換器35、変速機用熱交換器36、を熱媒体が流れてこれらの発熱体を冷却する。この時、発熱体の効率が温度により適正値があるバッテリ、 変速機にはそれぞれバッテリバイパス路47、変速機バイパス路49と流量制御のための二方弁40、二方弁41、二方弁42、二方弁43が設けられ、バッテリ温度センサ81で検出されるバッテリ温度が第１のバッテリ設定値（例えば４０℃）以下の場合は二方弁40が閉、二方弁41が開となり熱媒体は熱媒体回路３０を流れ、バッテリの発熱によりバッテリの温度が上昇し、第２のバッテリ設定温度（例えば６０℃）以上になると二方弁40が開、二方弁41が閉となり熱媒体はバッテリ熱交換器32を流れバッテリを冷却する。したがって、バッテリの温度は常に放電効率が高い温度に維持できる。

また、変速機バイパス路49、二方弁42、二方弁43により変速機の温度も所定の範囲に制御され、変速機内に封入されている潤滑油の粘度が適正な値に維持され、信頼性と効率の両立が可能となる。一方、発熱量が少なく、低温時の効率変化が少ない電圧変換器では、電圧変換器バイパス路48を設けることにより、電圧変換器用熱交換器34に流れる熱媒体の流量を適正にすることができ、電圧変換器用熱交換器34での熱媒体の圧力損失を低くできる。

発熱体により加熱された熱媒体は二方弁45を通り室内ファン61で送風された空気により冷却され、熱媒体用中間熱交換器39を通り再び液ポンプ31に戻る。熱媒体を冷却し加熱された空気は風路切替装置63により外部に放出される。ここで、室内ユニット流入空気温度センサ87で検出される室内ユニット流入空気温度が低く、熱媒体を冷却しすぎる場合には、二方弁44を開にし、熱媒体用中間熱交換器39に流れる熱媒体の流量を少なくすることで、熱媒体の温度を適正に維持できる。

発熱機器の発熱量が増加、あるいは外気温度が上昇し熱媒体温度センサ80で検出された熱媒体の温度が各発熱体に設けられた第２の設定値の中で最も低い温度値以上になると強制冷却モードになる。四方弁12を冷却側、三方弁22を冷房側、膨張弁18を全閉、室外ファン14を運転に制御されヒートポンプシステム10が駆動される。熱媒体回路30、室内空調ユニット60は送風冷却モードと同一に制御される。

ヒートポンプシステム10内の冷媒は、圧縮機11で高温高圧のガス冷媒となり、四方弁12を通り室外熱交換器13に送られる。室外熱交換器13で室外ファン14により送風された空気に放熱し液冷媒となり、膨張弁15で減圧され飽和状態の液冷媒となりレシーバタンク16に送られる。レシーバタンク16内の液冷媒は膨張弁17に送られ、さらに減圧され低圧低温の二相冷媒となり中間熱交換器25内のヒートポンプ用中間熱交換器19に送られ、押さえ枠27により面で接触している熱媒体用中間熱交換器39を冷却し、低圧のガス冷媒となって四方弁12を通り圧縮機11に戻る。

したがって、熱媒体は送風冷却モードと同様に室内ファン61で送風された空気による冷却に加え、ヒートポンプシステム10により、中間熱交換器25で熱媒体を冷却する。第２の設定温度以下になると再び送風冷却モードに制御される。圧縮機11の回転数は熱媒体の温度により制御されるために、発熱機器の発熱量に応じて冷却能力を制御でき、確実に冷却できる。さらに、ヒートポンプ用中間熱交換器19と熱媒体用中間熱交換器39を分離可能構造とし、押さえ枠27により熱交換可能に設けることにより、熱媒体回路30に故障が生じ、取り外す必要があっても、ヒートポンプシステム10は取り外す必要がなく、内部に封入されている冷媒の回収時の放出を防止できる。

（４） 冷却・冷房運転モードについて
冷却・冷房運転モードは、空調制御装置で冷房運転が選択され、各発熱体の温度を検出するバッテリ温度センサ81、インバータ温度センサ82、電圧変換器温度センサ83、モータ温度センサ84、変速機温度センサ85、熱媒体温度センサ80で検出される温度が一つでも各発熱体に設定されている第１の設定温度を超えると自動的に駆動されるモードである。

図５を用いて説明すると、ヒートポンプシステム10の四方弁12を冷却側に切り替えて圧縮機11の吐出側を室外熱交換器13に接続し、三方弁22を冷房側に切り替え、膨張弁18は設定開度に制御され、圧縮機11、室外ファン14が駆動される。さらに、熱媒体回路30の液ポンプ31と、室内空調ユニット60の室内ファン61が駆動され、風路切替装置62が中間位置に、風路切替装置63が外気側に制御される。

圧縮機11が駆動されると、ヒートポンプシステム10の冷媒は、室外熱交換器13で液冷媒となり、レシーバタンク16に飽和液の状態で送られる。飽和液の冷媒は膨張弁18で減圧され低圧低温の二相冷媒となり、ヒートポンプ用室内熱交換器21に送られ、室内ファン61により送風された空気を冷却し、ガス冷媒となり、三方弁22を通り圧縮機11に戻る。ヒートポンプ用室内熱交換器21で冷却された空気は室内に流出し室内を冷房する。

一方、熱媒体回路30には、液ポンプ31によって熱媒体が流れ、各発熱機器を冷却することにより、その温度が上昇し、二方弁45を通り、熱媒体用第一熱交換器37で、風路切替装置62により分岐された空気に放熱することにより冷却される。

熱媒体の温度が第２の設定温度以上になると、膨張弁17が設定開度に開かれる。膨張弁17が開かれるとレシーバタンク16内の液冷媒の一部が膨張弁17で減圧され、ヒートポンプ用中間熱交換器19に流れ、熱媒体用中間熱交換器39を流れる熱媒体を冷却し、四方弁12を通りヒートポンプ用室内熱交換器21、三方弁22を流れた冷媒と合流して圧縮機11に戻る。圧縮機11の回転数と膨張弁17と膨張弁18の開度は、熱媒体の温度と室内の空調負荷から設定される。したがって、熱媒体の冷却と冷房運転が同時に可能となる。

熱媒体の温度が第２の設定値以下になると、膨張弁17が全閉となり、熱媒体回路30は送風冷却モードとなる。さらに、熱媒体の温度が低下し各発熱体の温度を検出するバッテリ温度センサ81、インバータ温度センサ82、電圧変換器温度センサ83、モータ温度センサ84、変速機温度センサ85、熱媒体温度センサ80で検出される温度のすべてが各発熱体に設定されている第１の設定温度以下になると、液ポンプ31が停止、風路切替装置62がヒートポンプ用室内熱交換器21側に切り替えられ、室内ファン61からのすべての空気がヒートポンプ用室内熱交換器21に送られ、室内を冷房する冷房運転モードに制御される。

（５） 冷却・暖房運転モードについて
冷却・暖房運転モードは、空調制御装置で暖房運転が選択され、各発熱体の温度を検出するバッテリ温度センサ81、インバータ温度センサ82、電圧変換器温度センサ83、モータ温度センサ84、変速機温度センサ85、熱媒体温度センサ80で検出される温度が一つでも各発熱体に設定されている第１の設定温度を超えると自動的に駆動されるモードである。

図６を用いて説明すると、ヒートポンプシステム10の四方弁12を冷却側に切り替えて圧縮機11の吐出側を室外熱交換器13に接続し、三方弁22を暖房側に切り替え、膨張弁18は設定開度に制御され、圧縮機11、室外ファン14が駆動される。さらに、熱媒体回路30の液ポンプ31と、室内空調ユニット60の室内ファン61が駆動され、風路切替装置62は、熱媒体用第一熱交換器37側に、風路切替装置63がヒートポンプ用室内熱交換器21側に制御され、二方弁46が閉に制御される。

二方弁44、二方弁45は、室内空調ユニット60の入口熱媒体温度センサ86により検出された室内空調ユニット60に流入する熱媒体温度とヒートポンプ用室内熱交換器温度センサ88とによって検出されるヒートポンプ用室内熱交換器21の温度によって制御され、熱媒体温度がヒートポンプ用室内熱交換器21の温度より高い場合は、二方弁44が開、二方弁45が閉、低い場合は二方弁44が閉、二方弁45が開に制御される。

圧縮機11が駆動されると、圧縮機11で高温高圧となった冷媒は三方弁22を通りヒートポンプ用室内熱交換器21に送られ、室内ファン61で送風された空気を加熱し膨張弁18で飽和液となりレシーバタンク16に送られる。レシーバタンク16から膨張弁15で減圧され、低圧低温の二相になった冷媒は室外熱交換器13で室外ファン14により送風される空気から吸熱し、ガス冷媒となり四方弁12を通り圧縮機11に戻る。

発熱機器を冷却し温度が上昇した熱媒体回路30の熱媒体は、熱媒体温度がヒートポンプ用中間熱交換器19の温度より高い場合は、二方弁44を通り、熱媒体用第二熱交換器38で、ヒートポンプ用室内熱交換器21で加熱された空気をさらに加熱することで冷却される。熱媒体温度がヒートポンプ用中間熱交換器19の温度より低い場合は、二方弁45を通り、熱媒体用第一熱交換器37で室内ファン61により送風された空気を加熱することにより冷却される。

以上のように、発熱機器の放熱を室内の暖房に用いることによりヒートポンプシステム10で必要な熱量を低減でき、ヒートポンプシステム10の消費電力を削減できる。また、熱媒体温度とヒートポンプ用中間熱交換器19の温度により、発熱機器の放熱をヒートポンプ用室内熱交換器21の前後に切り替えることにより、発熱機器の放熱量が少なく、熱媒体温度がヒートポンプ用中間熱交換器19の温度より低い場合でも放熱量を暖房に利用でき、逆に、熱媒体温度がヒートポンプ用中間熱交換器19の温度より高い場合、ヒートポンプシステム10で加熱する空気温度が低くでき、ヒートポンプシステム10の効率が向上し、消費電力を低減できる。

（６） 除湿運転モード及び暖機運転モードについて
除湿運転モードは、空調制御装置で除湿運転が選択されると自動的に駆動されるモードである。この時、室内の設定温度が室内温度より低い場合は冷房除湿、室内の設定温度が室内温度より高い場合は暖房除湿に制御される。

図７を用いて除湿運転を説明すると、ヒートポンプシステム10の四方弁12を冷却側、三方弁22は冷房側に切り替え、膨張弁17は閉に制御され、圧縮機11、室外ファン14が駆動される。さらに、熱媒体回路30の液ポンプ31と、室内空調ユニット60の室内ファン61が駆動され、風路切替装置62はヒートポンプ用室内熱交換器21側に、風路切替装置63がヒートポンプ用室内熱交換器21側に制御され、二方弁44が開に、二方弁45と二方弁46が閉に制御される。

圧縮機11が駆動されると、圧縮機11で高温高圧となった冷媒は四方弁12を通り室外熱交換器13で放熱し膨張弁15を通り飽和液でレシーバタンク16に送られる。レシーバタンク16内の液冷媒は膨張弁18で減圧され、低圧低温の二相の冷媒となってヒートポンプ用室内熱交換器21に送られ、室内ファン61によって送風された空気を冷却し、ガス冷媒となり、三方弁22を通り圧縮機11に戻る。液ポンプ31により発熱機器の各熱交換器に送られ温度が上昇した熱媒体回路30の熱媒体は二方弁44を通り、熱媒体用第二熱交換器38で、ヒートポンプ用室内熱交換器21で冷却された空気を再び加熱することで冷却され、 熱媒体用中間熱交換器39を通り液ポンプ31に戻る。

したがって、室内ファン61により送風された空気はヒートポンプ用室内熱交換器21で冷却され、水分を凝縮することにより除湿され、熱媒体用室内（第二）熱交換器38で再び加熱されることで、低湿度で比較的低温度で室内に流出し、室内を除湿冷房を行う。圧縮機11の回転数は室内空調ユニット入口熱媒体温度センサ86で検出される熱媒体の温度、室内ユニット流入空気温度センサ87で検出される室内ファン流入空気温度と室内の空調負荷によって制御される。

次に、図８を用いて暖房除湿について説明する。ヒートポンプシステム10の四方弁12を加熱側、三方弁22は冷房側に切り替え、膨張弁15は閉に制御され、圧縮機11、室外ファン14が駆動される。さらに、熱媒体回路30の液ポンプ31と、室内空調ユニット60の室内ファン61が駆動され、風路切替装置62はヒートポンプ用室内熱交換器21側に、風路切替装置63がヒートポンプ用室内熱交換器21側に制御され、二方弁44が開に、二方弁45と二方弁46が閉に制御される。

圧縮機11が駆動されると、圧縮機11で高温高圧となった冷媒は四方弁12を通りヒートポンプ用中間熱交換器19で熱媒体用中間熱交換器39を流れる熱媒体を加熱し液冷媒となって膨張弁17を通り飽和液でレシーバタンク16に送られる。レシーバタンク16内の液冷媒は膨張弁18で減圧され、低圧低温の二相の冷媒となってヒートポンプ用室内熱交換器21に送られ、室内ファン61によって送風された空気を冷却し、ガス冷媒となり、三方弁22を通り圧縮機11に戻る。液ポンプ31により発熱機器の各熱交換器に送られ温度が上昇した熱媒体回路30の熱媒体は二方弁44を通り、熱媒体用室内（第二）熱交換器38で、ヒートポンプ用室内熱交換器21で冷却された空気を再び加熱することで冷却され、熱媒体用中間熱交換器39でヒートポンプ用中間熱交換器19により加熱され液ポンプ31に戻る。

したがって、熱媒体への加熱は発熱体の放熱量にヒートポンプシステム10の放熱量が加わり、必ず、ヒートポンプ用室内熱交換器21での冷却量より大きくなる。室内ファン61により送風された空気はヒートポンプ用室内熱交換器21で冷却され、水分を凝縮することにより除湿され、熱媒体用室内（第二）熱交換器38で再び加熱されることで、低湿度で比較的高温度で室内に流出し、室内の除湿暖房を行う。圧縮機11の回転数は室内ユニット入口熱媒体温度センサ86で検出される熱媒体の温度、室内ユニット流入空気温度センサ87で検出される室内ファン61の流入空気温度と室内の空調負荷によって制御される。

図８を用いて暖機運転モードについて説明する。暖機モードは冬季のように外気温が低く、車両の起動直後に生じる。熱媒体温度センサ80で検出される熱媒体の温度が第３の設定値（例えば２０℃）以下の場合は、暖機モードに制御される。ここで、空調装置制御器で除湿が設定されるとヒートポンプシステム10、熱媒体回路30、室内空調ユニット60は暖房除湿と同様に制御され、各発熱体はそれ自身の発熱に加え、ヒートポンプシステム10により加熱された熱媒体により加熱されるために、発熱体の温度を急速に上げることができる。

また、空調装置制御器で除湿が選定されていない時には、ヒートポンプシステム10の膨張弁18を閉じ、膨張弁15を設定開度に開き、その他を暖房除湿と同様に制御することにより、レシーバタンク16の液冷媒は膨張弁15を通り、低圧低温の二相冷媒で室外熱交換器13に送られ、室外ファン14により送風される空気から吸熱し、ガス冷媒となり四方弁12を通り圧縮機11に戻る。

したがって、ヒートポンプ用室内熱交換器21には冷媒が流れないために、室内に供給する空気の冷却がなく、室内の温度を早く高めることができる。また、室内の空調が不必要な時には室内ファン61を停止すればよく、室内空調ユニット60から室内への送風が停止されるとともに、熱媒体の温度をさらに早く適正温度に上げることができる。したがって、冬季の起動直後のように各発熱機器が低温度で、バッテリの化学反応が不十分で放電効率が低い、あるいは、変速機内の潤滑油が低温で粘度が高く変速機の効率が低い時間を短くできる。

（７） 補助暖房運転モードについて
空調制御装置で暖房運転を選択され、外気温度センサ89で検出される外気温度が第１の外気温度設定値（例えば０℃）以下になるとヒートポンプシステム10と補助暖房装置70による第１の補助暖房運転モード、外気温度が第２の外気温度設定値以下（例えば−２０℃）以下になると補助暖房装置70の単独による第２の補助暖房運転モードに制御される。

図９を用いて説明すると、第１の補助暖房運転モードでは、ヒートポンプシステム10の四方弁12を加熱側に切り替えて圧縮機11の吸込側を室外熱交換器13に接続し、三方弁22を暖房側に切り替え、膨張弁17を閉に制御し、圧縮機11、室外ファン14が駆動される。補助暖房装置70の燃焼器71に燃料（例えば灯油）が供給され燃料が開始され、補助暖房用ポンプ73が駆動される。

さらに、熱媒体回路30の液ポンプ31と、室内空調ユニット60の室内ファン61が駆動され、風路切替装置62はヒートポンプ用室内熱交換器21側に、風路切替装置63がヒートポンプ用室内熱交換器21側に制御され、二方弁44が開に、二方弁45と二方弁46が閉に制御される。圧縮機11が駆動されると、圧縮機11で高温高圧となった冷媒は三方弁22を通りヒートポンプ用室内熱交換器21に送られ、室内ファン61で送風された空気を加熱し、膨張弁18で飽和液となりレシーバタンク16に送られる。

レシーバタンク16の液冷媒は、膨張弁15を通り、低圧低温の二相冷媒で室外熱交換器13に送られ室外ファン14により送風される空気から吸熱し、ガス冷媒となり四方弁12を通り圧縮機11に戻る。一方、補助暖房装置70の補助暖房用ポンプ73の駆動に基づき、燃焼器71の燃焼により加熱された加熱用媒体が補助燃焼用回路（第２の熱媒体回路）74を通り、中間熱交換器25内の補助暖房用（中間）熱交換器72に送られ、押さえ枠27により面で接触している熱媒体用中間熱交換器39を加熱し、燃焼器71に戻る。

熱媒体用中間熱交換器39で加熱された熱媒体は、液ポンプ31により各発熱体に送られさらに温度が上昇し、二方弁44を通り、熱媒体用室内（第二）熱交換器38で、ヒートポンプ用室内熱交換器21で加熱された空気をさらに加熱することで冷却され、熱媒体用中間熱交換器39に戻る。ヒートポンプ用室内熱交換器21 と熱媒体用室内（第二）熱交換器38で加熱された空気は室内に流入し、室内を暖房する。

第２の補助暖房運転モードは、第１の補助暖房運転モードの圧縮機11、室外ファン14が停止したもので、室内の暖房は熱媒体用室内（第二）熱交換器38でのみ行う。

したがって、外気温度が低くなると圧縮機11入口の冷媒の密度が低くなり、能力が低下するヒートポンプシステム10を使用しても、燃焼による補助暖房を併用することで外気温度が低くとも確実な暖房能力を確保できるとともに、ヒートポンプシステム10の運転範囲を小さくでき、高効率なヒートポンプシステム10を提供できる。さらに、外気温度が極めて低くなる第２の外気温度設定値以下ではヒートポンプシステム10を停止することにより、圧縮機11の吸込圧力と吐出圧力の比が大きくならず、圧縮機11の温度上昇が防止でき、信頼性の高いヒートポンプシステム10を提供できる。

また、補助暖房装置70の燃料は、灯油だけでなく、エタノールあるいは小型の容器に封入された液化プロパンのような搬送と補充が容易なものであればよい。この場合、何らかのアクシデントで車両の移動が困難になっても、燃料のみを補充することで暖房ができ、冬季でもバッテリのように用いるにもかかわらず長時間車内にいることが可能となる。さらに、中間熱交換器25の補助暖房用（中間）熱交換器72と熱媒体用中間熱交換器39を押さえ枠27により面で接触させ、熱交換可能に設けることにより、車両の使用地域が補助暖房の要らない地域から、補助暖房のいる地域に移動しても容易に取り付けが可能となる。

10：ヒートポンプシステム、11：圧縮機、12：四方弁（第１の冷媒切り替え手段）、13：室外熱交換器、14：室外ファン、15：膨張弁（第１の流量制御手段）、16：レシーバタンク、17：膨張弁（第２の流量制御手段）、18：膨張弁（第３の流量制御手段）、19：ヒートポンプ用中間熱交換器、
21：ヒートポンプ用室内熱交換器、22：三方弁（第２の冷媒切り替え手段）、23：空調用バイパス路、25：中間熱交換器、30：熱媒体回路、31：液ポンプ、32：バッテリ用熱交換器、33：インバータ用熱交換器、34：電圧変換器用熱交換器、35：モータ用熱交換器、36：変速機用熱交換器、37：熱媒体用室内（第一）熱交換器、38：熱媒体用室内（第二）熱交換器、39：熱媒体用中間熱交換器、40：二方弁、41：二方弁、42：二方弁、43：二方弁、44：二方弁、45：二方弁、46：二方弁、47：バッテリバイパス路、48：電圧変換器バイパス路、49：変速機バイパス路、50：室内空調ユニットバイパス路、60：室内空調ユニット、61：室内ファン、62：風路切替装置（風路切り替え手段）、63：風路切替装置（風路切り替え手段）、70：補助暖房装置、71：燃焼器、72：補助暖房用（中間）熱交換器、73：補助暖房用ポンプ、74：補助暖房用回路、80： 熱媒体温度センサ、81：バッテリ温度センサ、82：インバータ温度センサ、83：電圧変換器温度センサ、84：モータ温度センサ、85：変速機温度センサ、86：室内空調ユニット入口熱媒体温度センサ、87：室内ユニット流入空気温度センサ,88：ヒートポンプ用室内熱交換器温度センサ,89：外気温度センサ

Claims (5)

1. 圧縮機、冷媒の流れ方向を切り替える第１の冷媒切り替え手段、室外熱交換器、第１の流量制御手段、第２の流量制御手段及びヒートポンプ用中間熱交換器を順に接続するとともに、前記第１の流量制御手段と前記第２の流量制御手段の間から第３の流量制御手段、ヒートポンプ用室内熱交換器、前記圧縮機の出口側と該圧縮機の入口側を切り替える第２の冷媒切り替え手段を設けたバイパス回路を備え、内部を冷媒が流れるヒートポンプシステムと、
   液ポンプ、車両に搭載された発熱体を冷却する冷却用熱交換器、熱媒体用室内熱交換器及び熱媒体用中間熱交換器を順次接続し内部を熱媒体が流れる熱媒体回路を設け、前記ヒートポンプ用中間熱交換器と前記熱媒体用中間熱交換器を熱交換可能に設けたことを特徴とする車両用熱システム。
2. 請求項１に記載された車両用熱システムにおいて、
   前記熱媒体用室内熱交換器が、第１の熱媒体用室内熱交換器と、該第１の熱媒体用室内熱交換器を通過する空気流の下流側に置かれた第２の熱媒体用室内熱交換器を含み、
   前記第１の熱媒体用室内熱交換器を通過した空気の流れを前記第２の熱媒体用室内熱交換器又は外部側に向ける風路切り替え手段を設け、
   前記ヒートポンプ用室内熱交換器を通過した空気の流れの下流側に前記第２の熱媒体用室内熱交換器を設けたことを特徴とする車両用熱システム。
3. 請求項１に記載された車両用熱システムにおいて、
   前記発熱体の冷却用熱交換器として、バッテリ用熱交換器、インバータ用熱交換器、電圧変換器用熱交換器、モータ用熱交換器及び変速機用熱交換器を直列に接続し、前記バッテリ用熱交換器、前記電圧変換器用熱交換器及び前記変速機用熱交換器のそれぞれに熱媒体の流量を制御するバイパス路を設けたことを特徴とする車両用熱システム。
4. 請求項１に記載された車両用熱システムにおいて、
   前記熱媒体が流れる熱媒体回路とは独立した第２の熱媒体回路を設け、
   前記第２の熱媒体回路に、該回路を流れる第２の熱媒体を加熱する燃焼器と補助暖房用熱交換器を設けて、
   前記補助暖房用熱交換器と前記熱媒体用中間熱交換器とを熱交換可能に設けたことを特徴とする車両用熱システム。
5. 請求項４に記載された車両用熱システムにおいて、
   前記ヒートポンプ用中間熱交換器、前記熱媒体用中間熱交換器及び前記補助暖房用熱交換器は、押し付け力によって熱交換可能に設けられると共に、該押し付け力を取り除くとそれぞれが分離可能に構成されたことを特徴とする車両用熱システム。

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