(57)【要約】【課題】小型な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、圧縮された冷媒を凝縮させるとともに車室内に流れる空調風を加熱する凝縮器１２と、冷媒を車室外の空気と熱交換させる室外機２５とを備えている。車両用空調装置は、圧縮機と凝縮器と室外機とを接続して冷媒が循環する冷媒流路をなす空調用流路１０を備えている。車両用空調装置は、凝縮器を流出してから圧縮機に流入するまでの間を流れる液相冷媒を加熱して蒸発させる電気ヒータ３５を備えている。このため、暖房運転において凝縮器を主な熱源として利用できる。したがって、凝縮器とは別に空気を加熱するために体格の大きなヒータを備える必要がない。よって、小型な車両用空調装置を得ることができる。【選択図】図１
2020111203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、
圧縮された冷媒を凝縮させるとともに車室内に流れる空調風を加熱する凝縮器（１２）と、
冷媒を車室外の空気と熱交換させる室外機（２５）と、
前記圧縮機と前記凝縮器と前記室外機とを接続して冷媒が循環する冷媒流路をなす空調用流路（１０）と、
前記凝縮器を流出してから前記圧縮機に流入するまでの間を流れる液相冷媒を加熱して蒸発させる電気ヒータ（３５、３３５）とを備えている車両用空調装置。
【請求項２】
前記空調用流路は、
前記室外機を経由して冷媒が循環する冷媒流路である室外機流路（２０）と、
前記室外機を経由せずに冷媒が循環する冷媒流路であるバイパス流路（３０）とを備え、
前記空調用流路に設けられて、前記バイパス流路に冷媒が流れない状態である第１モードと前記バイパス流路に冷媒が流れる状態である第２モードとに冷媒の流れる状態を切り替える切り替え弁（３１）と、
前記切り替え弁と前記電気ヒータとを制御する空調制御部（９０）とを備え、
前記空調制御部は、前記第１モードにおいては、前記電気ヒータを駆動せず、前記第２モードにおいては、前記電気ヒータを駆動して液相冷媒を加熱して蒸発させる請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記室外機の温度を測定する室外機センサ（２６）を備え、
前記空調制御部は、前記室外機センサで測定した前記室外機の温度が所定温度以上であれば、前記第１モードで空調運転を行い、前記室外機センサで測定した前記室外機の温度が前記所定温度未満であれば、前記第２モードで空調運転を行う請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
車室外の気温を測定する外気温度センサ（９２）と、
車室外の湿度を測定する外気湿度センサ（９５）と
前記室外機の温度を測定する室外機センサ（２６）とを備え、
前記空調制御部は、前記外気温度センサで測定した外気温度と前記外気湿度センサで測定した外気湿度とから露点温度を算出し、前記室外機センサで測定した前記室外機の温度が前記露点温度以上であれば、前記第１モードで空調運転を行い、前記室外機センサで測定した前記室外機の温度が前記露点温度未満であれば、前記第２モードで空調運転を行う請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記空調制御部は、前記第２モードにおいて、前記バイパス流路に流れる液相冷媒が多いほど、前記電気ヒータの出力を大きくする請求項２から請求項４のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記空調用流路において、前記凝縮器から前記電気ヒータに向かう冷媒流路に設けられて、液相冷媒を膨張させるヒータ用膨張弁（３４）を備えている請求項２から請求項５のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
車室内に流れる空調風を加熱する暖房用加熱器（９）を備え、
前記空調制御部は、前記第２モードにおいて、液相冷媒を加熱している前記電気ヒータの温度を、空調風を加熱している前記暖房用加熱器の温度よりも低い温度に制御する請求項６に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
車両に電力を供給する二次電池（３５５）と、
熱媒体を循環させるポンプ（３５１）と、
前記二次電池と熱媒体とを熱交換させる電池用熱交換器（３５４）と、
前記ポンプと前記電池用熱交換器とを接続して熱媒体が循環する流路をなす電池用流路（３５０）と、
前記電池用流路を流れる熱媒体と前記空調用流路を流れる冷媒とを熱交換する流路間熱交換器（３５２）とを備え、
前記電気ヒータ（３３５）は、前記電池用流路を流れる熱媒体を加熱することで、前記空調用流路を流れる液相冷媒を、前記流路間熱交換器を介して加熱して蒸発させている請求項１から請求項７のいずれかに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、空調用空気ダクト内にサブコンデンサとＰＴＣヒータが配設されている車両用空調装置を開示している。空調用空気ダクトを流れる空気は、冷凍サイクルの一部をなすサブコンデンサによって加熱される。サブコンデンサによる加熱不足は、ＰＴＣヒータの発熱によって補われる。従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、凝縮器とヒータとを用いて気体の空気を加熱している。このため、ヒータの加熱対象を液体とする場合に比べて、ヒータから加熱対象に伝熱される際の伝熱効率が低くなりやすい。したがって、必要な暖房能力を得るためにヒータの体格を大きくする必要があり、凝縮器に加えて体格の大きなヒータを用いることになるため、車両用空調装置が大型化しやすかった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、車両用空調装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示される１つの目的は、小型な車両用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】
【０００６】
ここに開示された車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、圧縮された冷媒を凝縮させるとともに車室内に流れる空調風を加熱する凝縮器（１２）と、冷媒を車室外の空気と熱交換させる室外機（２５）と、圧縮機と凝縮器と室外機とを接続して冷媒が循環する冷媒流路をなす空調用流路（１０）と、凝縮器を流出してから圧縮機に流入するまでの間を流れる液相冷媒を加熱して蒸発させる電気ヒータ（３５、３３５）とを備えている。
【０００７】
開示された車両用空調装置によると、凝縮器を流出してから圧縮機に流入するまでの間を流れる液相冷媒を加熱して蒸発させる電気ヒータを備えている。このため、室外機において外気から十分な熱を得られない場合であっても、電気ヒータの熱を用いて液相冷媒を蒸発させることができる。したがって、室外機の温度によらず冷凍サイクルを用いて凝縮器を熱源とした暖房運転を実現できる。よって、液相冷媒を加熱して蒸発させる電気ヒータとは別に、空気を加熱する体格の大きなヒータを備える必要がない。以上により、暖房運転において凝縮器を主な熱源として利用した小型な車両用空調装置を提供できる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両用空調装置の構成を示す構成図である。
【図２】車両用空調装置の制御に関するブロック図である。
【図３】車両用空調装置の制御に関するフローチャートである。
【図４】通常モードにおける車両用空調装置の構成を示す構成図である。
【図５】バイパスモードにおける車両用空調装置の構成を示す構成図である。
【図６】第２実施形態における車両用空調装置の制御に関するフローチャートである。
【図７】第３実施形態における車両用空調装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１１】
第１実施形態
車両用空調装置１は、車両に搭載される空調装置である。車両は、例えばガソリン駆動のエンジンを搭載した自動車である。ただし、車両としては、走行用モータを搭載した電気自動車や、エンジンとモータの両方を搭載したハイブリッド自動車なども採用可能である。車両用空調装置１は、空気を送風する送風ユニットと空気温度を調整する空調ユニットとを備えている。車両用空調装置１は、取り込まれた空気の温度や湿度を調整して車室内に吹き出す装置である。言い換えると、車両用空調装置１は、車室内の暖房運転や冷房運転や除湿運転などの空調運転を行う装置である。
【００１２】
図１において、車両用空調装置１は、圧縮機１１と凝縮器１２と蒸発器１５と室外機２５とを備えている。車両用空調装置１は、圧縮機１１と凝縮器１２と蒸発器１５と室外機２５とを接続して各装置に冷媒を循環させる冷媒流路として機能する空調用流路１０を備えている。
【００１３】
圧縮機１１は、気相冷媒を圧縮することで冷媒の圧力と温度を上昇させる装置である。凝縮器１２は、気相冷媒の熱を凝縮器１２の周囲に放熱して気相冷媒を液相冷媒に凝縮させる装置である。凝縮器１２は、車室内に流れる空調風と冷媒とを熱交換させて空調風を加熱する暖房用熱交換器として機能する。室外機２５は、液相冷媒を外気と熱交換させて冷媒の温度を外気温度に近づける熱交換器である。蒸発器１５は、液相冷媒に蒸発器１５の周囲の熱を与えて液相冷媒を気相冷媒に蒸発させる装置である。蒸発器１５は、車室内に流れる空調風と冷媒とを熱交換させて空調風を冷却する冷房用熱交換器として機能する。車両用空調装置１は、圧縮機１１と凝縮器１２と蒸発器１５と室外機２５とを空調用流路１０を用いて環状に接続して各装置に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを構成している。また、車両用空調装置１は、冷凍サイクルをなすとともに、室外機２５で外気から得た熱を暖房運転に活用することでヒートポンプとしても機能させることができる。
【００１４】
車両用空調装置１は、暖房用加熱器９を備えている。暖房用加熱器９は、暖房用加熱器９に流れる電流の大きさで発熱量を制御する加熱装置である。ただし、暖房用加熱器９は、燃料を燃焼させる燃焼式ヒータでもよい。暖房用加熱器９は、凝縮器１２よりも体格の小さな装置である。暖房用加熱器９は、空調風が流れる空調ケースの内部に設けられている。凝縮器１２は、空調風が流れる空調ケースの内部に設けられている。暖房用加熱器９や凝縮器１２は、空気を加熱することで暖房運転用の温風を生成する。蒸発器１５は、空調風が流れる空調ケースの内部に設けられている。蒸発器１５は、空気を冷却することで冷房運転用の冷風を生成する。
【００１５】
室外機２５は、室外機センサ２６を備えている。室外機センサ２６は、室外機２５の表面温度を測定する温度センサを備えている。室外機センサ２６は、温度センサ以外のセンサを備えていてもよい。例えば、室外機２５の表面に着霜が発生しているか否かを重量変化から測定するための重量センサを備えていてもよい。あるいは、室外機２５の表面に着霜が発生しているか否かを反射光や透過光の変化から測定するための光学式センサを備えていてもよい。
【００１６】
車両用空調装置１は、アキュムレータ１８と蒸発器用膨張弁１４と室外機用膨張弁２４とを備えている。アキュムレータ１８は、圧縮機１１の上流側に位置する配管である吸い込み配管に接続している。アキュムレータ１８は、液相冷媒と気相冷媒とを分離して気相冷媒のみが圧縮機１１に流れるように調整する装置である。アキュムレータ１８は、圧縮機１１に液相冷媒が流入することを抑制している。
【００１７】
蒸発器用膨張弁１４は、空調用流路１０において凝縮器１２と蒸発器１５との間に設けられている。蒸発器用膨張弁１４は、凝縮器１２を流出した液相冷媒を膨張させて蒸発器１５に向けて流出させる装置である。蒸発器用膨張弁１４において液相冷媒を膨張させることで、液相冷媒を蒸発器１５において蒸発しやすい低温低圧の液相冷媒に減圧することができる。蒸発器用膨張弁１４は、モータを用いて開度を電気的に調整可能な電気式の膨張弁である。ただし、蒸発器用膨張弁１４として機械式の膨張弁を用いてもよい。
【００１８】
室外機用膨張弁２４は、空調用流路１０において凝縮器１２と室外機２５との間に設けられている。室外機用膨張弁２４は、凝縮器１２を流出した液相冷媒を膨張させて室外機２５に向けて流出させる装置である。室外機用膨張弁２４において液相冷媒を膨張させることで、液相冷媒を室外機２５において蒸発しやすい低温低圧の液相冷媒に減圧することができる。室外機用膨張弁２４は、モータを用いて開度を電気的に調整可能な電気式の膨張弁である。ただし、室外機用膨張弁２４として機械式の膨張弁を用いてもよい。
【００１９】
車両用空調装置１は、電気ヒータ３５を備えている。電気ヒータ３５は、空調用流路１０をなす冷媒配管に沿って設けられている。電気ヒータ３５は、電気ヒータ３５に流れる電流の大きさで発熱量を制御する加熱装置である。したがって、電気ヒータ３５の温度を電気的に制御することができる。電気ヒータ３５としては、正の温度係数を有する電気式ヒータであるＰＴＣヒータを用いることが好ましい。ＰＴＣヒータは、温度が上昇するほど電流が流れにくくなる特性を有し、所定の温度を維持しやすいヒータである。このため、ＰＴＣヒータは、ニクロム線ヒータのような温度変化が引き起こされても電気抵抗の値に大きな変化のないヒータに比べて、温度制御が容易である。
【００２０】
車両用空調装置１はヒータ用膨張弁３４を備えている。ヒータ用膨張弁３４は、空調用流路１０において凝縮器１２と電気ヒータ３５との間に設けられている。ヒータ用膨張弁３４は、凝縮器１２を流出した液相冷媒を膨張させて電気ヒータ３５に向けて流出させる装置である。ヒータ用膨張弁３４において液相冷媒を膨張させることで、液相冷媒を電気ヒータ３５において蒸発しやすい低温低圧の液相冷媒に減圧することができる。ヒータ用膨張弁３４は、モータを用いて開度を電気的に調整可能な電気式の膨張弁である。ただし、ヒータ用膨張弁３４として機械式の膨張弁を用いてもよい。
【００２１】
空調用流路１０は、室外機流路２０とバイパス流路３０とを備えている。室外機流路２０は、室外機２５を経由して冷媒を循環させるための流路である。室外機流路２０は、空調用流路１０において、凝縮器１２とアキュムレータ１８との間に設けられている。室外機流路２０は、凝縮器１２を流出した液相冷媒を室外機２５に導くための流路である。バイパス流路３０は、室外機２５を経由せずに冷媒を循環させるための流路である。バイパス流路３０は、空調用流路１０において、凝縮器１２とアキュムレータ１８との間に設けられている。バイパス流路３０は、室外機２５を通さずに凝縮器１２を流出した液相冷媒を蒸発器用膨張弁１４またはヒータ用膨張弁３４に導くための流路である。
【００２２】
バイパス流路３０には、切り替え弁３１が設けられている。切り替え弁３１は、バイパス流路３０を冷媒が通過できる状態と、バイパス流路３０を冷媒が通過できない状態とに冷媒流路を開閉する弁装置である。切り替え弁３１の開状態においては、バイパス流路３０を冷媒が通過可能である。切り替え弁３１の閉状態においては、バイパス流路３０を冷媒が通過できない。切り替え弁３１の開状態には、全開状態と小開状態とが含まれる。切り替え弁３１の全開状態は、バイパス流路３０の開度を最も大きくした状態である。切り替え弁３１の小開状態は、バイパス流路３０の開度を全開状態よりも小さくし、閉状態よりも大きくした状態である。
【００２３】
バイパス流路３０には、切り替え弁３１以外の部品が設けられていない。一方、室外機流路２０には、室外機用膨張弁２４と室外機２５とが設けられている。このため、室外機流路２０は、バイパス流路３０に比べて圧力損失の大きな冷媒流路である。したがって、切り替え弁３１の閉状態では、冷媒が流通可能な室外機流路２０を流れる。一方、切り替え弁３１の開状態では、室外機流路２０よりも圧力損失の小さなバイパス流路３０を優先して冷媒が流れる。ここで、切り替え弁３１が閉じられ、バイパス流路３０に冷媒が流通できない状態は、第１モードである。一方、切り替え弁３１が開かれ、バイパス流路３０に冷媒が流通可能な状態は、第２モードである。
【００２４】
第１モードにおいては、冷媒がバイパス流路３０を流れることができないため、全ての冷媒が室外機流路２０を流れることとなる。一方、第２モードにおいては、一部の冷媒が室外機流路２０を流れてもよい。このため、第２モードにおいては、室外機流路２０に冷媒が流れない場合と、室外機流路２０に一部の冷媒が流れる場合とが存在する。特に、切り替え弁３１の全開状態においては、バイパス流路３０のみに冷媒が流れ、室外機流路２０には冷媒が流れない。一方、切り替え弁３１の小開状態においては、室外機流路２０とバイパス流路３０との両方の流路に冷媒が流れる。
【００２５】
室外機流路２０における室外機２５よりも下流側と、バイパス流路３０における切り替え弁３１よりも下流側との合流部である第１合流部１０ａは、蒸発器用膨張弁１４やヒータ用膨張弁３４よりも上流に位置している。室外機流路２０において、室外機２５と第１合流部１０ａとの間には、逆止弁２７が設けられている。逆止弁２７は、室外機２５から第１合流部１０ａに向かって冷媒を流し、第１合流部１０ａから室外機２５に向かっては冷媒を流さないように冷媒の流れを制御する弁装置である。
【００２６】
室外機流路２０における室外機２５よりも下流側と、空調用流路１０におけるアキュムレータ１８よりも上流側の合流部である第２合流部１０ｂは、蒸発器１５や電気ヒータ３５よりも下流に位置している。室外機流路２０において、室外機２５と第２合流部１０ｂとの間には、開閉弁２８が設けられている。開閉弁２８は、室外機２５を流出した冷媒を第１合流部１０ａに向かって流すか、第１合流部１０ａを経由せずに第２合流部１０ｂに向かって流すかを切り替える弁装置である。
【００２７】
室外機２５からアキュムレータ１８までの空調用流路１０において第１合流部１０ａを経由しない冷媒流路には、開閉弁２８以外の部品が設けられていない。一方、室外機２５からアキュムレータ１８までの空調用流路１０において第１合流部１０ａを経由する冷媒流路には、蒸発器用膨張弁１４またはヒータ用膨張弁３４が設けられている。このため、第１合流部１０ａを経由する冷媒流路は、第１合流部１０ａを経由しない冷媒流路に比べて圧力損失の大きな冷媒流路である。したがって、開閉弁２８を閉じている場合には、冷媒が流通可能な第１合流部１０ａを経由する冷媒流路を流れる。一方、開閉弁２８が開いている場合には、第１合流部１０ａを経由する冷媒流路よりも圧力損失の小さな冷媒流路である第１合流部１０ａを経由しない冷媒流路を冷媒が流れる。
【００２８】
図２は、制御システムを示す図である。この明細書における制御装置（ＥＣＵ）は、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる場合がある。制御装置は、（ａ）ｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または（ｂ）機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。
【００２９】
制御装置は、少なくとも１つのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアのプロセッサである少なくとも１つのハードウェアプロセッサを含む。ハードウェアプロセッサは、以下の（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）により提供することができる。
【００３０】
（ｉ）ハードウェアプロセッサは、少なくとも１つのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくとも１つのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくとも１つのメモリと、少なくとも１つのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、ＲＩＳＣ−ＣＰＵなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび／またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。
【００３１】
（ｉｉ）ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット（ゲート回路）を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ、ＰＧＡ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ、ＣＰＬＤ：Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび／またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。
【００３２】
（ｉｉｉ）ハードウェアプロセッサは、上記（ｉ）と上記（ｉｉ）との組み合わせである場合がある。（ｉ）と（ｉｉ）とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、（ｉｉ）の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。
【００３３】
制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。
【００３４】
この開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、１つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、１つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【００３５】
図２において、空調制御部９０は、室外機センサ２６、外気温度センサ９２、内気温度センサ９３、日射量センサ９４、外気湿度センサ９５、空調用スイッチ９６と接続されている。外気温度センサ９２は、車室外の温度を測定する温度センサである。内気温度センサ９３は、車室内の温度を測定する温度センサである。日射量センサ９４は、車両が受けている日射量を測定するセンサである。空調制御部９０は、外気温度センサ９２で測定した外気温度と、内気温度センサ９３で測定した内気温度と、日射量センサ９４で測定した日射量などの情報を取得して、車室内に吹き出される空調風の目標温度である目標吹き出し温度の算出を行う。
【００３６】
外気湿度センサ９５は、車室外の湿度を測定する湿度センサである。空調制御部９０は、外気湿度センサ９５で測定した外気湿度の情報を取得して、除湿運転や窓曇り防止運転などを行う。
【００３７】
空調制御部９０は、室外機センサ２６から室外機２５の表面温度の情報を取得して、室外機２５において室外機２５の周囲から適切に吸熱できるか否かを判断する。室外機２５の温度に応じた空調制御については、後に詳述する。
【００３８】
空調用スイッチ９６は、乗員によって操作されるスイッチであって、空調運転のオンオフの切り替えスイッチや、設定温度や風量を変更するスイッチや、内気モードと外気モードとの切り替えを行うスイッチなどが含まれる。空調用スイッチ９６には、複数の吹き出しモードのうち、どのモードで空調運転を行うかを乗員が選択するスイッチが含まれている。ただし、オートモードで空調運転を行う場合には、乗員による操作で吹き出しモードなどを切り替えるのではなく、自動で切り替えが行われる。空調制御部９０は、空調用スイッチ９６を用いて乗員が設定した温度や風量などの空調設定に基づいて空調運転を行うこととなる。
【００３９】
空調制御部９０は、暖房用加熱器９、圧縮機１１、蒸発器用膨張弁１４、室外機用膨張弁２４、開閉弁２８、切り替え弁３１、ヒータ用膨張弁３４、電気ヒータ３５と接続されている。空調制御部９０は、暖房用加熱器９の出力を制御して、空調風の温度を調整する。すなわち、空調風の目標吹き出し温度が高いほど、暖房用加熱器９の出力を増やす。例えば、暖房用加熱器９の温度は、６０℃から８０℃程度の温度範囲で制御される。空調制御部９０は、圧縮機１１の出力を制御して、空調風の温度を調整する。すなわち、車室内の現在の温度と空調用スイッチ９６の操作によって設定された設定温度との差が大きいほど、圧縮機１１の出力を増やして冷媒の循環量を増やす。
【００４０】
空調制御部９０は、蒸発器用膨張弁１４と室外機用膨張弁２４とヒータ用膨張弁３４との開度を適切に制御して、液相冷媒をどの程度膨張させるかを制御する。空調制御部９０は、開閉弁２８と切り替え弁３１との開閉を適切に制御して、冷媒の流れる流路を制御する。空調制御部９０は、電気ヒータ３５の出力を制御して、空調用流路１０を流れる液相冷媒の加熱量を調整する。
【００４１】
車両用空調装置１の暖房運転における運転制御について以下に説明する。図３において、車両用空調装置１の暖房運転が開始されると、ステップＳ１０１で室外機センサ２６を用いて測定した室外機２５の温度を取得する。ここで、室外機センサ２６を用いて室外機２５の温度を測定する代わりに、外気温度センサ９２で測定した外気温度から室外機２５の温度を推定するなどしてもよい。室外機２５の温度を取得した後、ステップＳ１１１に進む。
【００４２】
ステップＳ１１１では、取得した室外機２５の温度が所定温度未満であるか否かを判定する。ここで、所定温度とは、室外機２５において液相冷媒と外気とを熱交換させて、液相冷媒を蒸発させることのできる温度である。すなわち、所定温度とは、圧縮機１１に液相冷媒が吸い込まれる液バック現象が引き起こされずに、圧縮機１１を安定して駆動可能な温度である。所定温度は、例えば５℃である。
【００４３】
所定温度は、室外機２５において全ての液相冷媒が気相冷媒に蒸発させられる温度に限られない。所定温度を室外機２５において着霜が引き起こされない温度としてもよい。すなわち、室外機２５の表面に凝縮水などの水分が付着した場合であっても、水が固体の氷の状態で室外機２５の表面に留まることがない温度である。室外機２５の表面に霜が発生すると、室外機２５を構成するフィンに目詰まりが引き起こされるなどして、適切に熱交換を行うことができなくなってしまう。所定温度を室外機２５において着霜が引き起こされない温度とした場合、所定温度は、例えば０℃である。室外機２５の温度が所定温度未満であると判定した場合には、室外機２５を用いた冷凍サイクルの動作が安定しないと判断してステップＳ１３０に進む。一方、室外機２５の温度が所定温度以上であると判定した場合には、室外機２５を用いた冷凍サイクルの動作が安定していると判断してステップＳ１２０に進む。
【００４４】
ステップＳ１２０では、通常モードで車両用空調装置１を運転制御する。図４は、通常モードにおける冷媒の流れを示す図である。この図において、冷媒が流れる流路は実線で示し、冷媒が流れない流路は破線で示している。通常モードにおいて、開閉弁２８は開状態である。切り替え弁３１は、閉状態である。電気ヒータ３５は、電気が流れておらず発熱していない状態である。通常モードは、第１モードの一例を提供する。
【００４５】
圧縮機１１で圧縮された高温高圧の気相冷媒は、凝縮器１２で凝縮して液相冷媒となる。その後、液相冷媒は、室外機流路２０を流れて室外機用膨張弁２４で膨張されて低温低圧の液相冷媒となる。低温低圧の液相冷媒は、室外機２５で外気によって加熱されることで蒸発して気相冷媒となる。気相冷媒は、アキュムレータ１８を通過して圧縮機１１に吸い込まれ、圧縮機１１で再び圧縮されて冷凍サイクルを循環する。
【００４６】
凝縮器１２による空調風の加熱だけでは目標吹き出し温度まで空調風を加熱できない場合や、現在の内気温度と設定温度との温度差が非常に大きい場合などには、暖房用加熱器９を併用して空調風の加熱を行う。通常モードで冷媒を循環させている状態を維持してステップＳ１４１に進む。
【００４７】
ステップＳ１３０では、バイパスモードで車両用空調装置１を運転制御する。図５は、バイパスモードにおける冷媒の流れを示す図である。この図において、冷媒が流れる流路は実線で示し、冷媒が流れない流路は破線で示している。バイパスモードにおいて、開閉弁２８は閉状態である。切り替え弁３１は、開状態である。電気ヒータ３５は、電気が流れて発熱している状態である。バイパスモードは、第２モードの一例を提供する。
【００４８】
圧縮機１１で圧縮された気相冷媒は、凝縮器１２で凝縮して液相冷媒となる。その後、液相冷媒は、バイパス流路３０を流れてヒータ用膨張弁３４で膨張されて低温低圧の液相冷媒となる。低温低圧の液相冷媒は、電気ヒータ３５によって加熱されることで蒸発して気相冷媒となる。気相冷媒は、アキュムレータ１８を通過して圧縮機１１に吸い込まれ、圧縮機１１で再び圧縮されて冷凍サイクルを循環することとなる。
【００４９】
バイパスモードにおける冷媒の温度変化の一例について以下に説明する。圧縮機１１で圧縮された気相冷媒は、温度が上昇して６０℃程度の気相冷媒となる。この気相冷媒は、凝縮器１２で凝縮されるとともにサブクールされることで、５０℃程度の液相冷媒となる。この液相冷媒は、ヒータ用膨張弁３４によって膨張されて温度が低下し、２０℃程度の液相冷媒となる。この液相冷媒は、４０℃程度の電気ヒータ３５で加熱されて蒸発し、２０℃程度の温度を維持したまま気相冷媒となる。この気相冷媒は、圧縮機１１に吸い込まれて圧縮されることで再び６０℃程度の気相冷媒となって再び冷凍サイクルを循環する。
【００５０】
電気ヒータ３５で発生した熱は、液相冷媒に作用して液相冷媒を気相冷媒に蒸発させる。このため、電気ヒータ３５の熱を気相冷媒よりも密度の高い液相冷媒に作用させることができる。したがって、電気ヒータ３５の熱をより多くの冷媒に対して与えやすい。また、液相から気相への相変化分のエネルギーである潜熱を含んだ大きな熱を冷媒に与えることができる。よって、電気ヒータ３５の熱を冷媒に対してより多く与えやすい。
【００５１】
圧縮機１１の出力を上昇させることで、空調用流路１０を循環する冷媒の量を増やすことができる。これにより、凝縮器１２において凝縮される冷媒の量を増やして凝縮器１２の放熱量を高めることができる。圧縮機１１の出力を上昇させた場合には、電気ヒータ３５の出力を高める。あるいは、切り替え弁３１の開度を大きくすることで、室外機流路２０に流れる冷媒の割合を減らし、バイパス流路３０を流れる冷媒の割合を増やした場合には、電気ヒータ３５の出力を高める。言い換えると、バイパス流路３０を流れる冷媒の量が多いほど、電気ヒータ３５の出力を大きくする。これにより、バイパス流路３０を流れる冷媒量に応じて適切に電気ヒータ３５で冷媒を蒸発させて、冷凍サイクルの凝縮器１２を用いた暖房運転を安定して実現可能である。
【００５２】
電気ヒータ３５における出力の切り替えは、互いに独立している複数のＰＴＣヒータで構成されている電気ヒータ３５において、電流を流すＰＴＣヒータの数を増減させることで行う。ただし、電気ヒータ３５をニクロム線ヒータで構成して、ニクロム線に流す電流を増減させることで電気ヒータ３５の出力を切り替えるなどしてもよい。
【００５３】
凝縮器１２の加熱では目標吹き出し温度まで空調風を加熱できない場合や、現在の内気温度と設定温度との温度差が非常に大きい場合には、電気ヒータ３５に加えて暖房用加熱器９を用いて暖房運転を行う。この時、暖房用加熱器９の温度は、電気ヒータ３５の温度よりも高い温度である。すなわち、液相冷媒を加熱する電気ヒータ３５で消費するエネルギーよりも、空調風を加熱する暖房用加熱器９で消費するエネルギーの方が大きい状態でそれぞれの出力を制御する。電気ヒータ３５の温度は、例えば４０℃であり、暖房用加熱器９の温度は、例えば７０℃である。バイパスモードで冷媒を循環させている状態を維持してステップＳ１４１に進む。
【００５４】
ステップＳ１４１では、空調運転の終了要求があるか否かを判定する。空調運転の終了要求の信号は、例えば乗員の操作によって、空調運転のオンオフの切り替えスイッチがオフされることで出力される。あるいは、内気温度センサ９３で測定した温度が設定温度に近い温度となり、空調運転が完了していると判断できる場合に、空調制御部９０によって空調運転の終了要求の信号が出力される。あるいは、車両に搭載されているイグニッションボタンが乗員の操作によってオフされた場合に、空調運転の終了要求の信号が出力される。空調運転の終了要求がある場合には、車両用空調装置１による空調運転を終了する。一方、空調運転の終了要求がない場合には、ステップＳ１０１に戻って一連の制御を繰り返して空調運転を維持する。
【００５５】
上述した実施形態によると、車両用空調装置１は、凝縮器１２を流出してから圧縮機１１に流入するまでの間を流れる液相冷媒を加熱して蒸発させる電気ヒータ３５を備えている。このため、電気ヒータ３５の加熱によって液相冷媒を蒸発させることで、圧縮機１１に液相冷媒ではなく気相冷媒が吸い込まれるように車両用空調装置１を構成することができる。電気ヒータ３５は、空調風や気相冷媒のような気体ではなく、液体である液相冷媒を加熱することとなる。このため、密度が高い状態の冷媒を電気ヒータ３５の加熱対象とすることができ、多くの冷媒に対して電気ヒータ３５の熱を伝えやすい。言い換えると、冷媒の吸熱作用を利用して電気ヒータ３５の熱を暖房運転に活用できる。したがって、暖房運転に用いる電気ヒータ３５の伝熱効率を高めた車両用空調装置１を提供することができる。
【００５６】
また、通常モードとバイパスモードとの両方のモードで凝縮器１２を熱源として暖房運転を行うことができる。したがって、凝縮器１２以外の暖房用の熱源を省略あるいは小型化しやすい。よって、車両用空調装置１を小型化しやすい。
【００５７】
液相冷媒の加熱に電気ヒータ３５を用いている。このため、液相冷媒の加熱に燃焼式ヒータを用いた場合とは異なり、液相冷媒の加熱に際して排ガスが生じない。したがって、排ガスの処理のためにダクトなどを配する必要がなく、燃焼式ヒータを用いた場合に比べて、車両用空調装置１を小型に設計しやすい。また、車両用空調装置１の設計自由度を高めやすい。
【００５８】
空調制御部９０は、通常モードにおいては、電気ヒータ３５を駆動せず、バイパスモードにおいては、電気ヒータ３５を駆動して液相冷媒を蒸発させている。このため、液相冷媒を室外機２５で加熱して蒸発させることのできる通常モードにおいて、電気ヒータ３５で電力を消費することがない。したがって、通常モードとバイパスモードとに関わらず、電気ヒータ３５を連続して駆動する場合に比べて、電気ヒータ３５で消費する電力を低減できる。
【００５９】
通常モードにおいて、開閉弁２８を閉じてヒータ用膨張弁３４及び電気ヒータ３５を経由するように冷媒を流してもよい。これによると、室外機２５で一部の冷媒のみが蒸発し、室外機２５から流出する冷媒が液相冷媒と気相冷媒との混合した気液二相冷媒である場合であっても、電気ヒータ３５によって液相冷媒を蒸発させることができる。したがって、冷媒の蒸発に必要な熱に対して、室外機２５で得られる熱のみでは不足する分の熱を電気ヒータ３５によって与えることで、冷凍サイクルを安定して動作させることができる。よって、外気から得られる熱と電気ヒータ３５から得られる熱との両方の熱を暖房運転に活用できる。
【００６０】
空調制御部９０は、室外機２５の温度が所定温度以上であれば、通常モードで空調運転を行い、室外機２５の温度が所定温度未満であれば、バイパスモードで空調運転を行う。言い換えると、室外機２５の温度が所定温度以上であれば外気から熱を得て冷凍サイクルを駆動し、室外機２５の温度が所定温度未満であれば電気ヒータ３５から熱を得て冷凍サイクルを駆動する。このため、室外機２５が冷媒の蒸発熱を外気から吸熱できない状態であっても、冷凍サイクルを駆動して車室内を空調することができる。したがって、低外気温時であっても暖房用加熱器９に頼ることなく暖房運転を実現できる。よって、暖房用加熱器９を省略あるいは小型化できる。
【００６１】
バイパスモードにおいて、冷媒を室外機流路２０とバイパス流路３０との２つの冷媒流路のうち、バイパス流路３０のみに流すように構成してもよい。これによると、空調用流路１０を流れる冷媒が室外機２５で外気と熱交換することで、冷媒の熱が外気に放熱されてしまうことを防ぐことができる。このため、冷媒の熱が外部に失われることを抑制して、電気ヒータ３５で必要となる電力を少なくすることができる。したがって、室外機２５の温度が極めて低くなる寒冷地などにおいても、冷凍サイクルを構成する凝縮器１２を利用した暖房運転を行うことができる。また、バイパスモードにおいても室外機２５に冷媒を流す場合に比べて、空調用流路１０全体における冷媒流路の圧力損失を小さくできる。したがって、圧縮機１１で消費するエネルギーを低減できる。
【００６２】
バイパスモードにおいて、バイパス流路３０に流れる液相冷媒が多いほど、電気ヒータ３５の出力を大きくしている。このため、液相冷媒の蒸発に必要な熱に対して、電気ヒータ３５の熱が不足してしまうといった事態を防止しやすい。また、電気ヒータ３５の出力を常に一定にする場合に比べて、電気ヒータ３５で消費する電力を低減させやすい。
【００６３】
凝縮器１２から電気ヒータ３５に向かう冷媒流路に、液相冷媒を膨張させるヒータ用膨張弁３４を備えている。このため、ヒータ用膨張弁３４を備えない場合に比べて低い温度で液相冷媒を蒸発させることができる。したがって、電気ヒータ３５において液相冷媒を適切に蒸発させることができず、圧縮機１１に液相冷媒が吸い込まれる液バック現象が引き起こされることを抑制しやすい。よって、電気ヒータ３５で消費する電力を低減させやすい。
【００６４】
空調制御部９０は、バイパスモードにおいて、液相冷媒を加熱している電気ヒータ３５の温度を、空調風を加熱している暖房用加熱器９の温度よりも低い温度に制御している。このため、電気ヒータ３５と電気ヒータ３５の周囲の空気との温度差を小さくできる。したがって、電気ヒータ３５で発生した熱のうち、電気ヒータ３５の周囲の空気を加熱して失われてしまう熱を少なくできる。よって、電気ヒータ３５で発生した熱を効率的に液相冷媒の蒸発に用いることができる。
【００６５】
電気ヒータ３５は、空調用流路１０の冷媒配管を加熱している。このため、室外機２５の全体を暖める除霜ヒータを用いて室外機２５内部の冷媒を加熱する場合に比べて、発生した熱のうち冷媒以外の加熱に使われる熱の割合を少なくしやすい。言い換えると、体格の大きな室外機２５全体を加熱する必要のある除霜ヒータは、室外機２５の広範囲に熱を伝える必要があり、室外機２５の周囲の部材に伝えられて失われる熱が多くなりやすい。一方、液相冷媒を気相冷媒に蒸発させる電気ヒータ３５は、冷媒配管の一部を加熱すればよく、加熱対象である冷媒配管以外の部材に伝えられてしまう熱を少なくしやすい。加熱対象である冷媒配管の外周を電気ヒータ３５ごと断熱材などで覆うことで、加熱対象以外の部材に伝えられてしまう熱をさらに少なくすることができる。
【００６６】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、露点温度を算出して、算出した露点温度に基づいて車両用空調装置１の運転モードを制御する。
【００６７】
車両用空調装置１の暖房運転における運転制御について上述の実施形態とは異なる部分について以下に説明する。図６において、車両用空調装置１の暖房運転が開始されると、ステップＳ１０１で室外機センサ２６を用いて測定した室外機２５の温度を取得する。室外機センサ２６を用いて室外機２５の温度を測定する代わりに、外気温度センサ９２で測定した外気温度から室外機２５の温度を推定するなどしてもよい。室外機２５の温度を取得した後、ステップＳ２０２に進む。
【００６８】
ステップＳ２０２では、外気温度センサ９２を用いて測定した外気温度を取得する。ここで、外気温度センサ９２が車両に複数設けられている場合には、複数の外気温度センサ９２の平均値を外気温度とするなどしてもよい。外気温度を取得した後、ステップＳ２０３に進み、外気湿度センサ９５を用いて測定した外気湿度を取得する。外気湿度を取得した後、ステップＳ２０４に進む。
【００６９】
ステップＳ２０４では、車両周辺の空気の露点温度を算出する。露点温度とは、水蒸気を含む空気を冷却した場合に、結露を生じる温度のことである。したがって、室外機２５の表面温度が露点温度未満の温度に冷えている場合には、車両周辺の空気に含まれる水蒸気が室外機２５の表面に露として付着することとなる。車両周辺の空気の露点温度は、外気温度と外気湿度から水蒸気圧を算出し、算出された水蒸気圧を飽和水蒸気圧とする温度を求めることで算出することができる。露点温度を算出した後、ステップＳ２１１に進む。
【００７０】
ステップＳ２１１では、室外機２５の温度が露点温度未満の温度であるか否かを判定する。室外機２５の温度が露点温度未満である場合には、室外機２５の温度が低く、室外機２５で適切に液相冷媒を蒸発できない可能性があると判断してステップＳ１３０に進む。すなわち、バイパスモードで車両用空調装置１の制御を行う。一方、室外機２５の温度が露点温度以上である場合には、室外機２５の温度が高く、室外機２５の表面に結露が引き起こされない。このため、室外機２５で適切に液相冷媒を蒸発できると判断してステップＳ１２０に進む。すなわち、ヒートポンプを用いた効率の良い暖房運転を行う通常モードで車両用空調装置１の制御を行う。
【００７１】
室外機２５の表面に結露が引き起こされると、室外機２５において、冷媒と外気とが結露水を間に介して熱交換をすることになる。このため、外気の熱が冷媒に伝わりにくく、液相冷媒が蒸発しにくい。したがって、ヒートポンプを用いた効率の良い暖房運転が実施可能か否かを露点温度の情報を用いて判断することは、非常に重要である。
【００７２】
上述した実施形態によると、室外機２５の温度が露点温度以上であれば、通常モードで空調運転を行い、室外機２５の温度が露点温度未満であれば、バイパスモードで空調運転を行う。このため、室外機２５の温度と露点温度とに基づいて、通常モードでのヒートポンプを利用した効率の良い暖房運転と、バイパスモードでの冷凍サイクルを利用した暖房運転とを適切に使い分けることができる。したがって、室外機２５を用いて効率の良い暖房運転が実施可能か否かを精度よく判定して、通常モードとバイパスモードとの切り替えを行うことができる。
【００７３】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、二次電池３５５の温度調整を行うための電池用流路３５０を備え、バイパスモードにおいて電池用流路３５０に設けられた電気ヒータ３３５の熱を利用して液相冷媒を蒸発させている。
【００７４】
図７において、車両用空調装置１は、電気ヒータ３３５とポンプ３５１と流路間熱交換器３５２と電池用熱交換器３５４と二次電池３５５とを備えている。車両用空調装置１は、ポンプ３５１と流路間熱交換器３５２と電池用熱交換器３５４とを接続して各装置に熱媒体を循環させる熱媒体流路として機能する電池用流路３５０を備えている。熱媒体は、熱容量の大きな流体である。熱媒体は、温度変化によって液相と気相との間の相変化が引き起こされる材料が好ましい。熱媒体として、寒冷地での凍結を抑制した不凍液を用いてもよい。あるいは、熱媒体として空気などの気体を用いてもよい。
【００７５】
ポンプ３５１は、熱媒体を電池用流路３５０に循環させるための流体輸送装置である。ポンプ３５１は、気液二相状態の熱媒体を電池用流路３５０に循環させることができる装置である。ただし、完全な気相状態や完全な液相状態の熱媒体を電池用流路３５０に循環させてもよい。
【００７６】
流路間熱交換器３５２は、空調用流路１０を流れる冷媒と電池用流路３５０を流れる熱媒体とを熱交換させるための熱交換器である。流路間熱交換器３５２は、空調用流路１０と電池用流路３５０との両方の流路にまたがって設けられている。電池用熱交換器３５４は、二次電池３５５と電池用流路３５０を流れる熱媒体との熱交換を行うための熱交換器である。二次電池３５５は、車両の走行駆動源である走行用モータを回転させるための電力を蓄え、走行用モータに電力を供給するための装置である。二次電池３５５は、複数の電池セルを積層させた電池積層体や、電池セルの蓄電量を管理する電池管理ユニットなどを有する発熱部品である。二次電池３５５は、充電や放電に際して発熱するため、冷却が必要な冷却対象部品である。また、二次電池３５５は、低温環境下では性能が低下してしまうため、加熱が必要な加熱対象部品である。すなわち、二次電池３５５は、適切な温度範囲内に温度を制御する必要のある温度調整対象部品である。
【００７７】
電気ヒータ３３５は、電池用流路３５０を流れる熱媒体を加熱する加熱装置である。電気ヒータ３３５は、電気ヒータ３３５に流れる電流の大きさで発熱量を制御する加熱装置である。したがって、電気ヒータ３３５の温度を電気的に制御することができる。電気ヒータ３３５としては、正の温度係数を有する電気式ヒータであるＰＴＣヒータを用いることが好ましい。
【００７８】
電池用流路３５０における熱媒体の流れを以下に説明する。ポンプ３５１から送られた熱媒体は、電池用熱交換器３５４で二次電池３５５と熱交換を行う。この時、熱媒体の温度よりも二次電池３５５の温度の方が高い場合には、二次電池３５５が熱媒体によって冷却されるとともに、二次電池３５５によって加熱された熱媒体の一部が蒸発して気相状態の割合が増加することとなる。
【００７９】
電池用熱交換器３５４では、二次電池３５５の温度が適切な温度範囲内に含まれるように温度調整をする。すなわち、車両の運転開始直後などの二次電池３５５の温度が低い状態においては、熱媒体を用いて二次電池３５５を加熱する。一方、車両の運転を開始してから十分な時間が経過した状態などの二次電池３５５の温度が高い状態においては、熱媒体を用いて二次電池３５５を冷却する。
【００８０】
電池用熱交換器３５４を流れた熱媒体は、電気ヒータ３３５で加熱される。電気ヒータ３３５によって加熱されることで、熱媒体における気相状態の割合が増加する。ここで、電気ヒータ３３５は、電池用熱交換器３５４を介した二次電池３５５による熱媒体の加熱で不足している分の加熱を行う。これによって、熱媒体が十分な熱を有している状態とする。電池用熱交換器３５４において熱媒体が二次電池３５５の熱によって十分に加熱されている場合には、電気ヒータ３３５での加熱を行わなくてもよい。
【００８１】
電気ヒータ３３５で加熱された熱媒体は、流路間熱交換器３５２において空調用流路１０を流れる冷媒と熱交換を行う。この時、電池用流路３５０を流れる熱媒体の温度よりも空調用流路１０を流れる冷媒の温度の方が低い場合には、冷媒が熱媒体によって加熱されるとともに、冷媒によって冷却された熱媒体の一部が凝縮して液相状態の割合が増加することとなる。流路間熱交換器３５２で空調用流路１０を流れる冷媒と熱交換を行った熱媒体は、ポンプ３５１に吸い込まれて再び電池用流路３５０を循環する。
【００８２】
流路間熱交換器３５２における熱のやり取りの一例を説明する。流路間熱交換器３５２において、空調用流路１０を流れる冷媒の温度は、例えば２０℃である。これに対し、電池用流路３５０を流れる熱媒体の温度は、例えば５０℃である。この場合には、空調用流路１０を流れる冷媒は、電池用流路３５０を流れる熱媒体によって加熱されることとなる。すなわち、冷媒と熱媒体との熱交換によって冷媒が液相から気相へと蒸発する。このため、バイパスモードの車両用空調装置１において、流路間熱交換器３５２で得た熱を利用して冷媒を蒸発させることができる。一方、電池用流路３５０を流れる熱媒体は、空調用流路１０を流れる冷媒によって冷却されることとなる。すなわち、電池用流路３５０を流れる熱媒体は、液相の割合が増加する。
【００８３】
バイパスモードにおいて、空調用流路１０を流れる冷媒を適切に蒸発させることができない場合には、電気ヒータ３３５の出力を高める。これにより、電池用流路３５０を流れる熱媒体のエネルギーを高めて、空調用流路１０を流れる冷媒を適切に蒸発させる。すなわち、流路間熱交換器３５２を介して間接的に電気ヒータ３３５が空調用流路１０を流れる液相冷媒の蒸発を制御する。
【００８４】
二次電池３５５を冷却する必要がある場合には、流路間熱交換器３５２で冷却された熱媒体を電気ヒータ３３５で加熱せずに熱媒体の温度を低く保つ。これにより、二次電池３５５を効率的に冷却することができる。二次電池３５５を加熱する必要がある場合には、流路間熱交換器３５２で冷却された熱媒体を電気ヒータ３３５で加熱して熱媒体の温度を上昇させる。これにより、二次電池３５５を加熱することができる。流路間熱交換器３５２での冷却と電気ヒータ３３５による加熱によって熱媒体の温度を適切な温度範囲内に維持することとなる。
【００８５】
また、バイパスモードではない場合など、空調用流路１０を流れる冷媒が流路間熱交換器３５２を経由しない場合には、電池用流路３５０を流れる熱媒体は、積極的には冷却されない。このため、熱媒体が電池用流路３５０を循環する過程で空気中に放熱されることとなる。したがって、空気中への放熱による冷却と電気ヒータ３３５の加熱によって熱媒体の温度を適切な温度範囲内に維持することとなる。
【００８６】
上述した実施形態によると、電気ヒータ３３５は、流路間熱交換器３５２を介して空調用流路１０を流れる冷媒を加熱している。このため、室外機２５の温度が低く、車両用空調装置１をヒートポンプとして用いて暖房運転を行うことができない場合であっても、冷媒を適切に循環させて凝縮器１２を熱源とした暖房運転を行うことができる。したがって、暖房用加熱器９などの凝縮器１２以外の暖房運転用の熱源を省略あるいは小型化できる。また、電気ヒータ３３５は、二次電池３５５の温調機能と暖房運転における冷媒の蒸発機能との２つの機能を兼ね備えている。このため、複数の機能ごとにヒータを備える場合に比べて、車両用空調装置１を小型化しやすい。
【００８７】
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【符号の説明】
【００８８】
１  車両用空調装置、  ９  暖房用加熱器、  １０  空調用流路、  １１  圧縮機、  １２  凝縮器、  １４  蒸発器用膨張弁、  １５  蒸発器、  １８  アキュムレータ、  ２０  室外機流路、  ２４  室外機用膨張弁、  ２５  室外機、  ２６  室外機センサ、  ２８  開閉弁、  ３０  バイパス流路、  ３１  切り替え弁、  ３４  ヒータ用膨張弁、  ３５  電気ヒータ、  ９０  空調制御部、  ９２  外気温度センサ、  ９３  内気温度センサ、  ９５  外気湿度センサ、  ３３５  電気ヒータ、  ３５０  電池用流路、  ３５１  ポンプ、  ３５２  流路間熱交換器、  ３５４  電池用熱交換器、  ３５５  二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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