(57)【要約】【課題】電気機器が持つ熱を複数の回路を経由して伝達して暖房に利用する空調装置において、複数の回路の構成部品からの放熱を抑え、電気機器の持つ熱の利用効率を向上させる。【解決手段】車両用空調装置１００は、水が循環し、バッテリ７の熱が水に伝達する第１熱媒体回路１と、水が循環し、水を圧送するポンプ３４、水を加熱するヒータ３５、空調用ヒータコア３１を有する第２熱媒体回路と、冷媒が循環し、熱回収用蒸発器２１、凝縮器２４、圧縮機２３を有し、熱回収用蒸発器２１において第１熱媒体回路１の水から冷媒に熱を伝達し、凝縮器２４において冷媒から第２熱媒体回路３の水に熱を伝達する冷凍サイクル回路２と、ポンプ３４及びヒータ３５の少なくとも一方と熱回収用蒸発器２１とを収容し、少なくとも一方と熱回収用蒸発器２１に向かう走行風を遮断するケース５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用空調装置であって、
第１熱媒体が循環し、電気機器の熱が前記第１熱媒体に伝達する第１熱媒体回路と、
第２熱媒体が循環し、前記第２熱媒体を圧送するポンプ、前記第２熱媒体を加熱するヒータ、空調用ヒータコアを有する第２熱媒体回路と、
冷媒が循環し、熱回収用蒸発器、凝縮器、圧縮機を有し、前記熱回収用蒸発器において前記第１熱媒体から前記冷媒に熱を伝達し、前記凝縮器において前記冷媒から前記第２熱媒体に熱を伝達する冷凍サイクル回路と、
前記ポンプ及び前記ヒータの少なくとも一方と前記熱回収用蒸発器とを収容し、前記少なくとも一方と前記熱回収用蒸発器に向かう走行風を遮断するケースと、
を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置であって、
前記ケースは、断熱ケースである、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用空調装置であって、
前記ポンプは、車両進行方向において前記ヒータよりも前側に配置される、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の車両用空調装置であって、
前記第２熱媒体回路は、前記第２熱媒体を貯留するリザーブタンクを有し、
前記リザーブタンクは、前記ケースの上面よりも上方に配置される、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の車両用空調装置であって、
前記凝縮器と前記圧縮機はいずれも、前記ケースの表面に配置され、前記ケースの上下方向中心に対して同じ側、かつ、左右方向中心に対して同じ側に配置される、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の車両用空調装置であって、
前記ポンプ及び前記圧縮機の少なくとも一方は、前記ケースの車両進行方向中心よりも前側に配置される、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の車両用空調装置であって、
前記凝縮器及び前記ヒータの少なくとも一方は、前記ケースの車両進行中心よりも後側に配置される、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の車両用空調装置であって、
前記ケースは、さらに前記圧縮機及び前記凝縮器の少なくとも一方を収容する、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の車両用空調装置であって、
前記ポンプ及び前記ヒータの前記少なくとも一方は、前記ケース内の最下部に配置される、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車にはエンジンが搭載されておらず、また、ハイブリッド車両においては搭載されるエンジンが小型で、かつ、エンジンは必要に応じて運転されるので、これらの車両（以下、総称して「電動車両」と呼ぶ）においては、暖房に利用できる熱が従来のエンジン車両と比較して少なくなる。
【０００３】
このため、電動車両においては、バッテリ、モータ、インバータ等の電気機器が持つ熱を暖房に利用することが検討されており、例えば、特許文献１には、バッテリが持つ熱を車室内の暖房に利用することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３０６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気機器が持つ熱を暖房に利用する場合、電気機器が持つ熱を第１の水回路を循環する水に伝達し、水に伝達した熱を冷凍サイクル回路を循環する冷媒に伝達し、冷媒に伝達した熱をさらに空調用ヒータコアを有する第２の水回路を循環する水に伝達する態様も可能である。
【０００６】
そして、このような態様において、電気機器が持つ熱を暖房に効率的に利用するには、複数の回路を経由して熱を伝達する際の放熱を抑えることが重要である。
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、電気機器が持つ熱を複数の回路を経由して伝達して暖房に利用する空調装置において、複数の回路の構成部品からの放熱を抑え、電気機器の持つ熱の利用効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によれば、車両用空調装置であって、第１熱媒体が循環し、電気機器の熱が前記第１熱媒体に伝達する第１熱媒体回路と、第２熱媒体が循環し、前記第２熱媒体を圧送するポンプ、前記第２熱媒体を加熱するヒータ、空調用ヒータコアを有する第２熱媒体回路と、冷媒が循環し、熱回収用蒸発器、凝縮器、圧縮機を有し、前記熱回収用蒸発器において前記第１熱媒体から前記冷媒に熱を伝達し、前記凝縮器において前記冷媒から前記第２熱媒体に熱を伝達する冷凍サイクル回路と、前記ポンプ及び前記ヒータの少なくとも一方と前記熱回収用蒸発器とを収容し、前記少なくとも一方と前記熱回収用蒸発器に向かう走行風を遮断するケースと、を備えたことを特徴とする車両用空調装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様によれば、電気機器の熱を複数の回路（第１熱媒体回路、冷凍サイクル回路、第２熱媒体回路）を経由して伝達して暖房に利用するにあたり、ケースに収容された構成部品からの放熱が抑制されるので、電気機器の熱の利用効率を向上させることができる。
【００１０】
また、複数の回路の構成部品を一つのケースに収容するようにしたことで、構成部品それぞれを個別にケースに収容したり、構成部品を個別に車両に取り付けたりする必要がなくなり、空調装置の生産性・コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の概略構成図である。
【図２Ａ】車両上方から空調装置を見た場合の構成部品の配置を示した図である。
【図２Ｂ】車両側方から空調装置を見た場合の構成部品の配置を示した図である。
【図３】本発明の実施形態の一部変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
空調装置１００は、電気自動車、ハイブリッド車両等の電動車両に搭載され、第１熱媒体回路１と、冷凍サイクル回路２と、第２熱媒体回路３と、エアコンユニット４と、ケース５と、コントローラ６とを備える。
【００１４】
第１熱媒体回路１は、第１熱媒体としての水が循環する回路である。第１熱媒体回路１は、流れ方向に沿って順に、ポンプ１１、ヒータ１２、リザーブタンク１３を有する。ヒータ１２とリザーブタンク１３との間には、冷凍サイクル回路２の熱回収用蒸発器２１が配置される。また、ポンプ１１とヒータ１２との間の流路はバッテリ７の周囲に配置され、バッテリ７から水に熱が伝達される。
【００１５】
ポンプ１１は、バッテリ７から電力の供給を受けて動作し、水を下流側に圧送する電動ポンプである。ヒータ１２は、バッテリ７の温度が低い場合にバッテリ７から電力の供給を受けて動作して水を加熱するプラグヒータである。リザーブタンク１３は水を貯留するタンクである。
【００１６】
冷凍サイクル回路２は、冷媒が循環する回路である。冷凍サイクル回路２は、流れ方向に沿って順に、並列に配置される熱回収用蒸発器２１及び空調用蒸発器２２、圧縮機２３、凝縮器２４、リキッドタンク２５、過冷却器２６を有する。過冷却器２６の下流側の流路は二股に分岐し、一方は第１電磁弁２７を介して空調用蒸発器２２に接続し、他方は第２電磁弁２８を介して熱回収用蒸発器２１に接続する。熱回収用蒸発器２１の下流側及び空調用蒸発器２２の下流側はいずれも圧縮機２３に接続する。
【００１７】
熱回収用蒸発器２１は、第１熱媒体回路１の水と冷凍サイクル回路２を循環する冷媒との間で熱交換を行わせることによって水から冷媒に熱を伝達し、冷媒を蒸発させる熱交換器である。空調用蒸発器２２は、エアコンユニット４のダクト４１内に配置され、空調用空気と冷媒との間で熱交換を行わせることによって空調用空気を冷却するとともに冷媒を蒸発させる熱交換器である。圧縮機２３は、バッテリ７から電力の供給を受けて動作し、気相の冷媒を圧縮する電動圧縮機である。凝縮器２４は、圧縮された気相の冷媒と第２熱媒体回路３を循環する水との間で熱交換を行わせることによって冷媒から水に熱を伝達し、冷媒を凝縮させる熱交換器である。リキッドタンク２５は、気相の冷媒と液相の冷媒とを分離し、液相の冷媒のみを下流側の流路に流すタンクである。過冷却器２６は、液相になった冷媒と第２熱媒体回路３を循環する水との間で熱交換を行わせることによって冷媒から水に熱を伝達し、液相になった冷媒をさらに冷却する熱交換器である。
【００１８】
第２熱媒体回路３は、第２熱媒体としての水が循環する回路である。第２熱媒体回路３は、流れ方向に沿って順に、ヒータコア３１、ラジエータ３２、リザーブタンク３３、ポンプ３４、ヒータ３５を有する。ラジエータ３２とリザーブタンク３３との間には冷凍サイクル回路２の凝縮器２４と過冷却器２６とが配置される。また、ヒータコア３１とラジエータ３２との間には、ラジエータ３２を迂回して水を過冷却器２６に流す三方弁３６が設けられている。
【００１９】
ヒータコア３１は、エアコンユニット４のダクト４１内に配置され、空調用空気と水との間で熱交換を行わせることによって空調用空気を加熱する熱交換器である。ラジエータ３２は、冷房時に水と外気との間で熱交換を行わせることによって水の温度を下げ、凝縮器２４の凝縮性能及び過冷却器２６の冷却性能を向上させる熱交換器である。リザーブタンク３３は、水を貯留するタンクである。ポンプ３４は、バッテリ７から電力の供給を受けて動作し、水を下流側に圧送する電動ポンプである。ヒータ３５は、バッテリ７から電力の供給を受けて動作して水を加熱するシーズヒータである。
【００２０】
エアコンユニット４は、ダクト４１、ブロア４２、ダクト４１内に配置される空調用蒸発器２２、ヒータコア３１を有する。ブロア４２から送り出される空調用空気は、空調用蒸発器２２で冷却され、あるいは、ヒータコア３１で加熱され、所望の温度に調整された後、車室内に送られる。
【００２１】
ケース５は、内側に断熱材５１が貼られた単一の箱形のケースである、ケース５の内部には、熱回収用蒸発器２１、過冷却器２６、ポンプ３４、ヒータ３５、第１電磁弁２７、第２電磁弁２８が配置される。ケース５は、これらの構成部品に向かう走行風を遮断するとともにケース５内からケース５外への放熱を抑制し、これらの構成部品からの放熱を抑制する。
【００２２】
コントローラ６は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力インターフェース等で構成され、センサによって検出されるバッテリ７の温度、外気温度及び内気温度、空調設定パネルで設定される空調装置１００の運転モード（冷房、暖房、除湿等）や目標温度等に基づき、ポンプ１１、ヒータ１２、圧縮機２３、凝縮器２４、第１電磁弁２７、第２電磁弁２８、ポンプ３４、ヒータ３５、三方弁３６を制御する。
【００２３】
バッテリ７は、熱を蓄えるヒートマスとして利用することができ、電動車両が外部電源に接続されてバッテリ７に充電される際には、バッテリ７への蓄熱が併せて実施される。
【００２４】
図２Ａ、図２Ｂは空調装置１００の主要構成部品とケース５との位置関係を示している。図２Ａは車両上方から空調装置１００を見た場合の配置を示し、図２Ｂは車両側方から空調装置１００を見た場合の配置を示している。
【００２５】
第２熱媒体回路３の構成部品については、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ポンプ３４が、ケース５の車両進行方向中心Ｃ１よりも前側、かつ、ヒータ３５よりも前側に配置される。また、リザーブタンク３３が、図２Ｂに示すように、ケース５の上面及びエアコンユニット４よりも上方に配置される。また、ポンプ３４及びヒータ３５が、図２Ｂに示すように、ケース５内の最下部に配置される。また、ヒータ３５が、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ケース５の車両進行方向中心Ｃ１よりも後側に配置される。
【００２６】
冷凍サイクル回路２の構成部品については、図２Ａ、図２Ｂに示すように、凝縮器２４と圧縮機２３とが、ケース５の表面に配置される。また、図２Ａに示すように、凝縮器２４と圧縮機２３とが、左右方向中心Ｃ２に対して同じ側、この例ではいずれも車室から見て左側に配置される。また、図２Ｂに示すように、凝縮器２４と圧縮機２３とが、上下方向中心Ｃ３に対して同じ側、この例ではケース５の上下方向中心Ｃ３よりも上側に配置される。また、図２Ａ、図２Ｂに示すように、圧縮機２３が、ケース５の車両進行方向中心Ｃ１よりも前側、この例では、ケース５よりも前側に配置され、凝縮器２４が、ケース５の車両進行方向中心Ｃ１よりも後側に配置される。
【００２７】
上記配置は、ポンプ３４及び圧縮機２３が発する騒音・振動、リザーブタンク３３の確認・補充の容易性、ポンプ３４及びヒータ３５のエア抜け性等を考慮したものであり、このような配置とすることの利点については後述する。
【００２８】
続いて、空調装置１００の動作について説明する。
【００２９】
＜冷房時＞
冷房時は、コントローラ６は、冷凍サイクル回路２において、第１電磁弁２７を開き、第２電磁弁２８を閉じた状態で圧縮機２３を動作させる。圧縮機２３を動作させると、気相の冷媒が圧縮機２３によって圧縮され、凝縮器２４において凝縮される。凝縮された冷媒は過冷却器２６によってさらに冷却され、空調用蒸発器２２へと流れる。空調用蒸発器２２では、冷媒が空調用空気から熱を奪って気化し、これによって空調用空気が冷却され、車室の冷房に供される。
【００３０】
また、コントローラ６は、第２熱媒体回路３において、水がラジエータ３２に流れるように三方弁３６を切り換え、ヒータ３５を停止した状態でポンプ３４を動作させる。これにより、凝縮器２４において冷媒から水に伝達された熱をラジエータ３２から放熱させる。
【００３１】
＜暖房時（バッテリ熱利用なし）＞
バッテリ７の熱を利用せずに暖房を行う時は、コントローラ６は、第２熱媒体回路３において、水がラジエータ３２を迂回するように三方弁３６を切り換え、ヒータ３５を運転させた状態でポンプ３４を運転させる。ヒータ３５によって加熱された水がヒータコア３１に流れ、これによって空調用空気が加熱され、車室の暖房に供される。
【００３２】
＜暖房時（バッテリ熱利用あり）＞
バッテリ７の熱を利用して暖房を行う時は、コントローラ６は、冷凍サイクル回路２において、第１電磁弁２７を閉じ、第２電磁弁２８を開いた状態で圧縮機２３を動作させ、熱回収用蒸発器２１に冷媒を流す。また、コントローラ６は、第１熱媒体回路１において、ポンプ１１を動作させる。また、コントローラ６は、第２熱媒体回路３において、水がラジエータ３２を迂回するように三方弁３６を切り換え、ポンプ３４を運転させる。バッテリ７の熱のみでは空調用空気を十分加熱できない場合には、コントローラ６はヒータ３５を運転させる。
【００３３】
これにより、バッテリ７の熱が第１熱媒体回路１の水に伝達され、熱回収用蒸発器２１において水から冷媒に伝達される。さらに凝縮器２４において冷媒の熱が第２熱媒体回路３の水に伝達され、加熱された水がヒータコア３１に流れる。これによって、空調用空気が加熱され、車室の暖房に供される。
【００３４】
続いて、本実施形態の作用効果について説明する。
【００３５】
バッテリ７の熱を利用して暖房を行う場合は、バッテリ７の熱が第１熱媒体回路１、冷凍サイクル回路２及び第２熱媒体回路３を経由して伝達されるので、バッテリ７の熱の利用効率を向上させるには伝達途中の放熱を抑えることが重要である。
【００３６】
上記実施形態によれば、冷凍サイクル回路２の熱回収用蒸発器２１と第２熱媒体回路３のポンプ３４及びヒータ３５とがケース５内に収容され、これらの構成部品に向かう走行風がケース５によって遮断されるので、これらの構成部品からの放熱が抑制され、バッテリ７の熱の利用効率を向上させることができる。
【００３７】
また、複数の回路の構成部品を一つのケース５に収容するようにしたことで、構成部品それぞれを個別にケースに収容したり、構成部品を個別に車両に取り付けたりする必要がなくなり、空調装置１００の生産性・コストを下げることができる。
【００３８】
また、ケース５を断熱ケースとしたことにより、ケース５に収容される構成部品からの放熱をさらに抑え、バッテリ７の熱の利用効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、ケース５内に熱回収用蒸発器２１、ポンプ３４及びヒータ３５を収容しているが、異なる回路の構成部品が２つ以上収容されていればよく、例えば、ケース５内に熱回収用蒸発器２１とポンプ３４とが収容され、ヒータ３５がケース５外に配置される構成、あるいは、ケース５内に熱回収用蒸発器２１とヒータ３５とが収容され、ポンプ３４がケース５外に配置される構成であってもよい。
【００４０】
あるいは、ケース５内にさらに別の構成部品を収容するようにしてもよい。図３は、ケース５内に、さらに、第１熱媒体回路１のポンプ１１及びヒータ１２、冷凍サイクル回路２の凝縮器２４及び圧縮機２３、第２熱媒体回路３の三方弁３６を収容するようにした変形例である。ケース５内に収容する構成部品を増やすことにより、構成部品からの放熱がさらに抑制され、バッテリ７の熱の利用効率をさらに向上させ、空調装置１００の生産性・コストをさらに下げることができる。
【００４１】
また、第２熱媒体回路３のポンプ３４が、車両進行方向においてヒータ３５よりも前側に配置されるようにした（図２Ａ、図２Ｂ参照）。これにより、ポンプ３４を車室から遠ざけ、ポンプ３４の騒音・振動が車室に伝達されるのを抑制し、車室の静粛性を向上させることができる。
【００４２】
また、第２熱媒体回路３のリザーブタンク３３が、ケース５の上面よりも上方に配置されるようにした（図２Ｂ参照）。これにより、第２熱媒体回路３の水量の確認及び補充を容易にすることができる。
【００４３】
また、凝縮器２４と圧縮機２３がいずれも、ケース５の表面に配置され、ケース５の上下方向中心Ｃ３に対して同じ側、かつ、左右方向中心Ｃ２に対して同じ側に配置されるようにした（図２Ａ、図２Ｂ参照）。これにより、凝縮器２４と圧縮機２３とを近接して配置してこれらを接続する配管を短くし、配管からの放熱を抑制して凝縮器２４の凝縮性能を高めるとともに冷凍サイクル回路２で必要とされる冷媒の量を少なくすることができる。
【００４４】
また、ポンプ３４及び圧縮機２３が、ケース５の車両進行方向中心Ｃ１よりも前側に配置されるようにした（図２Ａ、図２Ｂ参照）。これにより、騒音・振動を発するポンプ３４及び圧縮機２３を車室から遠ざけ、ポンプ３４及び圧縮機２３の騒音・振動が車室に伝達されるのを抑制し、車室の静粛性を向上させることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態ではポンプ３４及び圧縮機２３の両方がこのような配置になっているが、いずれか一方のみこのような配置になっていてもよい。
【００４６】
また、凝縮器２４及びヒータ３５が、ケース５の車両進行方向中心Ｃ１よりも後側に配置されるようにした。振動・騒音を発しないこれらの構成部品を車室近くに配置することで、車室の静粛性をさらに向上させることができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では凝縮器２４及びヒータ３５の両方がこのような配置になっているが、いずれか一方のみこのような配置になっていてもよい。
【００４８】
また、ポンプ３４及びヒータ３５が、ケース５内の最下部に配置されるようにした（図２Ｂ参照）。これにより、これら構成部品からエアが抜けやすくし、これら構成部品の効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、上記実施形態ではポンプ３４及びヒータ３５の両方がこのような配置になっているが、いずれか一方のみこのような配置になっていてもよい。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５１】
例えば、上記実施形態は、バッテリ７の熱を暖房に利用する構成であるが、その他の電気機器、例えば、車両に搭載されるモータやインバータの熱を暖房に利用する構成であってもよい。その場合は、モータやインバータの熱が第１熱媒体回路１の水に伝達されるように、第１熱媒体回路１が構成される。
【符号の説明】
【００５２】
１      第１熱媒体回路
２      冷凍サイクル回路
３      第２熱媒体回路
５      ケース
７      バッテリ（電気機器）
２１    熱回収用蒸発器
２２    空調用蒸発器
２３    圧縮機
２４    凝縮器
２６    過冷却器
２７    第１電磁弁
２８    第２電磁弁
３１    ヒータコア
３３    リザーブタンク
３４    ポンプ
３５    ヒータ
５１    断熱材
１００  空調装置
【図１】
2015182487.tif 000003
【図２Ａ】
2015182487.tif 000004
【図２Ｂ】
2015182487.tif 000005
【図３】
2015182487.tif 000006