(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内へ吹き出す空気を流通するための空調ダクト（３１）と、
前記空調ダクトの内部に前記車室内へ吹き出す空気流を発生させる送風装置（３２）と、
前記空調ダクトの内部に設けられ、液相の熱媒体との顕熱交換により前記空調ダクトの内部を流れる空気を加熱するヒータコア（３６）と、
前記ヒータコアを含む熱媒体循環路（３８）に前記熱媒体を循環させる循環装置（３９）と、
前記熱媒体循環路を循環する前記熱媒体を加熱する加熱装置（１０）と、
前記送風装置、前記循環装置及び前記加熱装置の運転を制御する制御装置（４０）と、
を備え、
前記制御装置は、
所定時間内に前記車室内へ乗員が搭乗することを予測する搭乗予測部（１００）と、
前記車室内への乗員の搭乗前に、前記搭乗予測部が前記所定時間内に前記車室内へ乗員が搭乗すると予測した場合に、前記送風装置を停止した状態で前記循環装置及び前記加熱装置の運転を開始して前記車室内の暖房の準備をする暖房準備運転を行なう準備運転部（１４０）と、
前記車室内への乗員の搭乗後に、前記循環装置及び前記加熱装置の運転を継続しつつ前記送風装置の運転を開始して前記車室内を暖房する暖房運転を行なう暖房運転部（１５０、１７０、１８０）と、を備え、
前記準備運転部は、前記熱媒体の温度が目標温度に到達するまでは、前記加熱装置のオン状態を連続して設定して前記加熱装置を連続運転し、前記熱媒体の温度が前記目標温度に到達した後には、前記熱媒体の温度が前記目標温度を維持するように、前記加熱装置のオン状態とオフ状態とを交互に設定して前記加熱装置を断続運転するように構成されており、
前記暖房運転部は、前記加熱装置が前記オン状態であるときに、前記送風装置の運転を開始するように構成された車両用空調装置。
【請求項２】
前記暖房運転部は、
前記準備運転部が前記暖房準備運転を行なった際の前記熱媒体の昇温特性に基づいて、前記加熱装置により加熱された前記熱媒体の単位時間当たり吸熱量又はその関連物理量を算出する吸熱量算出部と、
前記吸熱量算出部が算出した前記単位時間当たり吸熱量又は前記関連物理量に対応した単位時間当たり放熱量で前記ヒータコアにおいて前記熱媒体が放熱するように、前記送風装置の送風量を調節する風量調節部と、を有する請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
車室内へ吹き出す空気を流通するための空調ダクト（３１）と、
前記空調ダクトの内部に前記車室内へ吹き出す空気流を発生させる送風装置（３２）と、
前記空調ダクトの内部に設けられ、液相の熱媒体との顕熱交換により前記空調ダクトの内部を流れる空気を加熱するヒータコア（３６）と、
前記ヒータコアを含む熱媒体循環路（３８）に前記熱媒体を循環させる循環装置（３９）と、
前記熱媒体循環路を循環する前記熱媒体を加熱する加熱装置（１０）と、
前記送風装置、前記循環装置及び前記加熱装置の運転を制御する制御装置（４０）と、
を備え、
前記制御装置は、
所定時間内に前記車室内へ乗員が搭乗することを予測する搭乗予測部（１００）と、
前記車室内への乗員の搭乗前に、前記搭乗予測部が前記所定時間内に前記車室内へ乗員が搭乗すると予測した場合に、前記送風装置を停止した状態で前記循環装置及び前記加熱装置の運転を開始して前記車室内の暖房の準備をする暖房準備運転を行なう準備運転部（１４０）と、
前記車室内への乗員の搭乗後に、前記循環装置及び前記加熱装置の運転を継続しつつ前記送風装置の運転を開始して前記車室内を暖房する暖房運転を行なう暖房運転部（１５０、１７０、１８０）と、を備え、
前記暖房運転部は、
前記準備運転部が前記暖房準備運転を行なった際の前記熱媒体の昇温特性に基づいて、前記加熱装置により加熱された前記熱媒体の単位時間当たり吸熱量又はその関連物理量を算出する吸熱量算出部と、
前記吸熱量算出部が算出した前記単位時間当たり吸熱量又は前記関連物理量に対応した単位時間当たり放熱量で前記ヒータコアにおいて前記熱媒体が放熱するように、前記送風装置の送風量を調節する風量調節部と、を有する車両用空調装置。
【請求項４】
前記加熱装置は、圧縮機（１１）、凝縮器（３７）、減圧装置（１３）及び蒸発器（１６）を冷媒循環配管（１２）で環状に接続し、前記圧縮機の駆動により前記冷媒循環配管内に冷媒を循環して、前記蒸発器から前記凝縮器へ熱を輸送するヒートポンプ装置であって、前記凝縮器における前記冷媒と前記熱媒体との熱交換により前記熱媒体を加熱する構成であり、
前記制御装置は、前記圧縮機の運転を制御する構成である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される技術は、車室内を暖房可能な車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば下記特許文献１に開示された車両用空調装置がある。この車両用空調装置は、空調ＥＣＵがプレ空調要求信号を入力すると、乗員が乗車前であっても空調装置を作動するようになっている。車室内温度が低い場合には、ヒータを作動して暖気を車室内へ吹き出し、乗員搭乗前に車室内をプレ暖房するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４８３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術の車両用空調装置では、乗員搭乗前に車室内へ暖気を吹き出すが、窓等を介して車室内から外気に放熱されたり、車室内への乗員搭乗時に開放されたドアを介して車室内の熱が失われたりする。そのため、車室内へ搭乗した乗員が、思いの外温熱感を得難いという問題がある。
【０００５】
ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、車室内へ搭乗した乗員が温熱感を得易い車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、開示される車両用空調装置では、
車室内へ吹き出す空気を流通するための空調ダクト（３１）と、
空調ダクトの内部に車室内へ吹き出す空気流を発生させる送風装置（３２）と、
空調ダクトの内部に設けられ、液相の熱媒体との顕熱交換により空調ダクトの内部を流れる空気を加熱するヒータコア（３６）と、
ヒータコアを含む熱媒体循環路（３８）に熱媒体を循環させる循環装置（３９）と、
熱媒体循環路を循環する熱媒体を加熱する加熱装置（１０）と、
送風装置、循環装置及び加熱装置の運転を制御する制御装置（４０）と、を備えている。
【０００７】
この制御装置は、
所定時間内に車室内へ乗員が搭乗することを予測する搭乗予測部（１００）と、
車室内への乗員の搭乗前に、搭乗予測部が所定時間内に車室内へ乗員が搭乗すると予測した場合に、送風装置を停止した状態で循環装置及び加熱装置の運転を開始して車室内の暖房の準備をする暖房準備運転を行なう準備運転部（１４０）と、
車室内への乗員の搭乗後に、循環装置及び加熱装置の運転を継続しつつ送風装置の運転を開始して車室内を暖房する暖房運転を行なう暖房運転部（１５０、１７０、１８０）と、を備えている。
準備運転部は、熱媒体の温度が目標温度に到達するまでは、加熱装置のオン状態を連続して設定して加熱装置を連続運転し、熱媒体の温度が目標温度に到達した後には、熱媒体の温度が目標温度を維持するように、加熱装置のオン状態とオフ状態とを交互に設定して加熱装置を断続運転するように構成されており、
暖房運転部は、加熱装置がオン状態であるときに、送風装置の運転を開始するように構成されている。
【０００８】
これによると、制御装置は、車室内への乗員搭乗前に準備運転部で暖房準備運転を行ない、乗員搭乗後に暖房運転部で暖房運転を行なう。暖房準備運転では、送風装置を停止した状態で循環装置及び加熱装置の運転を行ない、ヒータコアを含む熱媒体循環路内の熱媒体を加熱装置で加熱昇温させて、比較的比熱が大きく熱容量が大きい液相の熱媒体に顕熱として蓄熱することができる。暖房運転では、循環装置及び加熱装置の運転を継続しつつ送風装置の運転を行ない、ヒータコアにおける液相熱媒体との顕熱交換により車室内へ吹き出す空気を加熱することができる。したがって、乗員搭乗前には送風を行なわずに熱媒体循環路内の液相熱媒体に蓄熱を行ない、乗員搭乗後に送風を開始して車室内へ比較的高温の温風を吹き出すことができる。これによれば、車室内へ搭乗した乗員が温熱を感じ易くすることができる。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、開示される車両用空調装置では、
車室内へ吹き出す空気を流通するための空調ダクト（３１）と、
空調ダクトの内部に車室内へ吹き出す空気流を発生させる送風装置（３２）と、
空調ダクトの内部に設けられ、液相の熱媒体との顕熱交換により空調ダクトの内部を流れる空気を加熱するヒータコア（３６）と、
ヒータコアを含む熱媒体循環路（３８）に熱媒体を循環させる循環装置（３９）と、
熱媒体循環路を循環する熱媒体を加熱する加熱装置（１０）と、
送風装置、循環装置及び加熱装置の運転を制御する制御装置（４０）と、を備えている。
制御装置は、
所定時間内に車室内へ乗員が搭乗することを予測する搭乗予測部（１００）と、
車室内への乗員の搭乗前に、搭乗予測部が所定時間内に車室内へ乗員が搭乗すると予測した場合に、送風装置を停止した状態で循環装置及び加熱装置の運転を開始して車室内の暖房の準備をする暖房準備運転を行なう準備運転部（１４０）と、
車室内への乗員の搭乗後に、循環装置及び加熱装置の運転を継続しつつ送風装置の運転を開始して車室内を暖房する暖房運転を行なう暖房運転部（１５０、１７０、１８０）と、を備えている。
暖房運転部は、
準備運転部が暖房準備運転を行なった際の熱媒体の昇温特性に基づいて、加熱装置により加熱された熱媒体の単位時間当たり吸熱量又はその関連物理量を算出する吸熱量算出部と、
吸熱量算出部が算出した単位時間当たり吸熱量又は関連物理量に対応した単位時間当たり放熱量でヒータコアにおいて熱媒体が放熱するように、送風装置の送風量を調節する風量調節部と、を有する。
なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示技術の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の車両用空調装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の車両用空調装置の電気制御部のブロック図である。
【図３】第１実施形態の空調制御装置が実行する通常空調制御動作を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の空調制御装置が実行する暖房準備運転及び暖房運転の制御動作を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態の車両用空調装置を示す模式図であり、暖房運転時の状態を示している。
【図６】第１実施形態の車両用空調装置を示す模式図であり、冷房運転時の状態を示している。
【図７】第１実施形態の車両用空調装置を示す模式図であり、除湿暖房運転時の状態を示している。
【図８】第１実施形態の車両用空調装置の暖房準備運転時及び暖房運転時の状態変化の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら開示技術を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１２】
（第１実施形態）
開示技術を適用した第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。本実施形態では、ヒートポンプ装置に相当するヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置１に適用している。ヒートポンプサイクル１０は蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車両の室内へ送風される送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。
【００１３】
本実施形態の車両用空調装置１は、例えば、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に適用されている。この電気自動車では、車両停止時に外部電源から供給される電力を蓄電手段であるバッテリに充電し、車両走行時にバッテリに蓄えられた電力を走行用電動モータへ供給して走行する。車両用空調装置１は、例えば、走行用の駆動力源として電動モータ及び内燃機関の両者を搭載する車両や、走行用の駆動力源として内燃機関のみを搭載する車両に適用することもできる。
【００１４】
図１及び図２に示すように、車両用空調装置１は、ヒートポンプサイクル１０、室内空調ユニット３０、及び、空調制御装置４０等を備えている。室内空調ユニット３０は、ヒートポンプサイクル１０によって得られる温熱や冷熱を用いて温度調節された送風空気を車室内へ吹き出す。本実施形態において制御装置に相当する空調制御装置４０は、車両用空調装置１の各種電気式の構成機器の作動を制御する。
【００１５】
ヒートポンプサイクル１０は、例えば２つの空調運転モードの冷媒回路に切り替え可能に構成されている。１つは、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房運転モードの冷媒回路である。他の１つは送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転モードの冷媒回路である。
【００１６】
ヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、熱交換器３７、室外熱交換器１６、室内蒸発器２０、暖房用固定絞り１３、冷房用固定絞り１８、開閉弁１５、及び、三方弁１７等を備えている。上記した各機器は、図１に示すように、冷媒循環配管１２で相互に接続されている。圧縮機１１は、冷媒を圧縮して吐出し、環状をなす冷媒循環配管１２内に冷媒を循環させる。
【００１７】
熱交換器３７は、ヒートポンプサイクル１０の冷媒と熱媒体との熱交換を行なう冷媒−熱媒体熱交換器である。熱交換器３７は、例えば、冷媒と熱媒体とを対向流として冷媒と熱媒体との熱交換を行なうことができる。熱交換器３７の熱媒体通路部とヒータコア３６とは、熱媒体通路３８で接続されている。熱交換器３７の熱媒体通路部の熱媒体出口側には、ヒータコア３６の熱媒体入口側が接続されている。また、ヒータコア３６の熱媒体出口側には、熱交換器３７の熱媒体通路部の熱媒体入口側が接続されている。
【００１８】
熱媒体通路３８には、熱交換器３７とヒータコア３６との間で熱媒体を循環させる循環ポンプ３９が設けられている。熱媒体通路３８は、本実施形態における熱媒体循環路に相当する。循環ポンプ３９は、本実施形態における循環装置に相当する。
【００１９】
熱媒体は、液相の流体である。熱媒体は、例えば、エチレングリコール等の凝固点降下成分を含む水である。熱媒体は、凝固点降下成分を含む水に限定されるものではない。熱媒体は、水であってもよいし、水以外の液体であってもよい。熱媒体は、例えば不燃性のオイルであってもかまわない。
【００２０】
熱媒体が相変化しない場合、ヒータコア３６は、熱媒体の顕熱を空調空気へ放熱する熱交換器として機能する。ヒータコア３６は、液相の熱媒体との顕熱交換によりケーシング３１の内部を流れる空気を加熱する加熱用熱交換器である。ケーシング３１は、本実施形態における空調ダクトに相当する。熱媒体通路３８には、熱交換器３７の熱媒体通路部から流出してヒータコア３６の熱媒体入口へ流入する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサである水温センサ４５が設けられている。
【００２１】
熱交換器３７の冷媒通路部は、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路において圧縮機１１と暖房用固定絞り１３との間に介設されている。すなわち、圧縮機１１の吐出口側には、熱交換器３７の冷媒通路部の冷媒入口側が接続されている。また、熱交換器３７の冷媒通路部の冷媒出口側には、暖房用固定絞り１３を介して室外熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。
【００２２】
ヒータコア３６及び室内蒸発器２０は、送風空気を加熱あるいは冷却する室内熱交換器である。暖房用固定絞り１３及び冷房用固定絞り１８は、冷媒を減圧膨張させる減圧装置である。開閉弁１５及び三方弁１７は、冷媒流路を切り替える冷媒回路切替装置である。
【００２３】
ヒートポンプサイクル１０では、例えば、冷媒としてＨＦＣ系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。冷媒には、例えばＲ１３４ａを用いることができる。また、冷媒として、ＨＦＯ系冷媒等を採用してもよい。冷媒には、例えばＲ１２３４ｙｆを用いることができる。冷媒には圧縮機１１の摺動部を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環する。
【００２４】
圧縮機１１は、例えば、車室外となる車両ボンネット内に配置されている。圧縮機１１は、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。圧縮機１１は、例えば吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機として構成されている。圧縮機構としては、例えば、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。
【００２５】
圧縮機１１の電動モータは、例えば、インバータから出力される交流電圧によって、その作動が制御される交流モータである。電動モータは、交流モータの回転速度、すなわち、単位時間当たりの回転数が制御される。圧縮機１１のインバータは、空調制御装置４０から出力される制御信号に応じた周波数の交流電圧を出力する。そして、この周波数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータは、圧縮機１１の吐出能力変更手段を構成している。
【００２６】
圧縮機１１の吐出口側には、熱交換器３７の冷媒通路部の冷媒入口側が接続されている。熱交換器３７の冷媒通路部の冷媒出口側には、暖房用固定絞り１３を介して室外熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。暖房用固定絞り１３は、暖房運転モード時に熱交換器３７から流出した冷媒を減圧させる減圧装置であって、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用できる。
【００２７】
また、本実施形態では、熱交換器３７から流出した冷媒を、暖房用固定絞り１３を迂回させて室外熱交換器１６の冷媒入口側へ導くバイパス通路１４が設けられている。バイパス通路１４には、バイパス通路１４を開閉する電磁弁からなる開閉弁１５が配置されている。減圧装置は、暖房モード時に冷媒を減圧させる機能を発揮できれば、固定絞りに限定されるものではない。暖房用固定絞り１３及び開閉弁１５の組み合わせに替えて、全開機能付き電気式膨張弁等の可変絞り機構を採用してもよい。
【００２８】
開閉弁１５は、運転モードに応じて冷媒回路を切り替える冷媒回路切替装置を構成するもので、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される電磁弁である。開閉弁１５は、冷房運転モード時に開き、暖房運転モード時に閉じる。
【００２９】
開閉弁１５が開いた状態で冷媒がバイパス通路１４を通過する際に生じる圧力損失は、開閉弁１５が閉じた状態で冷媒が暖房用固定絞り１３を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、開閉弁１５が開いた状態では、熱交換器３７から流出した冷媒のほぼ全流量がバイパス通路１４を介して室外熱交換器１６側へ流れる。
【００３０】
室外熱交換器１６は、例えば、車両ボンネット内に配置されて、内部を流通する熱交換器３７下流側の冷媒と送風ファン１６ａにより送風された車室外空気である外気とを熱交換させるものである。送風ファン１６ａは、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数が制御され送風能力が調節される電動式送風機である。
【００３１】
室外熱交換器１６の冷媒出口側には、三方弁１７が接続されている。三方弁１７は、開閉弁１５とともに上述した各運転モードにおける冷媒回路を切り替える冷媒回路切替装置を構成している。三方弁１７は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される電気式の三方弁である。
【００３２】
三方弁１７は、冷房運転モード時には、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１８とを接続する冷媒回路に切り替える。一方、三方弁１７は、暖房運転モード時には、室外熱交換器１６の冷媒出口側と圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続する冷媒回路に切り替える。
【００３３】
冷房用固定絞り１８の基本的構成は暖房用固定絞り１３と同様である。冷房用固定絞り１８の冷媒出口側には、室内蒸発器２０の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器２０は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、ヒータコア３６の送風空気流れ上流側に配置されている。室内蒸発器２０は、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
【００３４】
室内蒸発器２０の冷媒出口側には、アキュムレータ１９の入口側が接続されている。アキュムレータ１９は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。さらに、アキュムレータ１９の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。
【００３５】
次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、例えば、車室内最前部の計器盤の内側に配置されている。室内空調ユニット３０は、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、室内蒸発器２０、エアミックスドア３４、ヒータコア３６等を収容して構成されている。
【００３６】
ケーシング３１は、車室内に吹き出される空調空気の空気通路を形成するものである。ケーシング３１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた、例えばポリプロピレン樹脂にて成形されている。ケーシング３１内の空気流れ最上流側には、ケーシング３１内へ車室内空気である内気と車室外空気である外気とを切替導入する内外気切替装置３３が配置されている。
【００３７】
内外気切替装置３３は、ケーシング３１内へ内気を導入させる内気導入口及び外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータ５１によって駆動され、この電動アクチュエータ５１は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００３８】
内外気切替装置３３の空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機３２が配置されている。送風機３２は、遠心多翼ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機３２は、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数が制御され送風能力が調節される。送風機３２は、本実施形態における送風装置に相当する。
【００３９】
送風機３２の空気流れ下流側には、室内蒸発器２０及びヒータコア３６が、送風空気の流れに対して、室内蒸発器２０、ヒータコア３６の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器２０はヒータコア３６よりも空気流れ上流側に配置されている。
【００４０】
室内蒸発器２０の空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア３６の空気流れ上流側には、エアミックスドア３４が配置されている。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過した空気のうち、ヒータコア３６を通過する風量とヒータコア３６をバイパスする風量との風量割合を調整する。エアミックスドア３４は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータ５２によって駆動される。電動アクチュエータ５２は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。ヒータコア３６の空気流れ下流側には、ヒータコア３６にて熱媒体と熱交換して加熱された温風とヒータコア３６をバイパスした冷風とを混合させる混合空間３５が設けられている。
【００４１】
ケーシング３１の空気流れ最下流部には、ヒータコア３６を通過した送風空気あるいはヒータコア３６を迂回した送風空気を、空調対象空間である車室内へ吹き出すための開口が設けられている。この開口としては、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口部、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口部、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口部が設けられている。これらの開口部の空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたセンターフェイス吹出口、サイドフェイス吹出口等からなるフェイス吹出口、フット吹出口及びデフロスタ吹出口に接続されている。
【００４２】
従って、エアミックスドア３４がヒータコア３６を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間３５にて混合される空調風の温度が調整されて、各吹出口から車室内へ吹き出される空調風の温度が調整される。エアミックスドア３４は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整装置を構成している。
【００４３】
デフロスタ開口部、フェイス開口部及びフット開口部の空気流れ上流側には、それぞれ、デフロスタドア、フェイスドア、フットドアが配置されている。デフロスタドアは、デフロスタ開口部の開口面積を調整する。フェイスドアは、フェイス開口部の開口面積を調整する。フットドアは、フット開口部の開口面積を調整する。
【００４４】
フェイスドア、デフロスタドア及びフットドアは、吹出口モードを切替える吹出口モード切替装置を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータ５３に連結されて連動して回転操作される。なお、この吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータ５３も、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００４５】
吹出口モード切替装置によって切り替えられる吹出口モードとしては、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、及びフットデフロスタモードがある。フェイスモードは、センターフェイス吹出口等から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す。バイレベルモードは、センターフェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出す。フットモードは、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出す。フットデフロスタモードは、フット吹出口及びデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口及びデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出す。
【００４６】
さらに、乗員が操作パネル５０に設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口からフロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。
【００４７】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図２に示す空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された機器の作動を制御する。出力側に接続された機器としては、以下に示すものが挙げられる。接続機器は、送風機３２、圧縮機１１、送風ファン１６ａ、開閉弁１５、三方弁１７、内外気切替ドア用の電動アクチュエータ５１、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２、吹出モードドア用の電動アクチュエータ５３、循環ポンプ３９等である。
【００４８】
また、空調制御装置４０の入力側には、各センサからの検出信号が入力される。このセンサとしては、内気温センサ４１、外気温センサ４２、日射センサ４３、水温センサ４５、蒸発器温度センサ４６等が挙げられる。
【００４９】
内気温センサ４１は、車室内温度Ｔｒを検出する。外気温センサ４２は、外気温度Ｔａｍを検出する。日射センサ４３は、車室内の日射量Ｔｓを検出する。水温センサ４５は、ヒータコア３６へ流入する熱媒体の温度ＴＷＣを検出する。蒸発器温度センサ４６は、室内蒸発器２０から吹き出される空気温度として蒸発器温度ＴＥを検出する。本実施形態では、蒸発器温度センサ４６には、例えば、室内蒸発器２０のアウタフィンに取り付けられたフィン温度センサを用いることができる。空調制御装置４０は、上記したセンサ以外の他のセンサからの信号も入力するものであってもよい。
【００５０】
空調制御装置４０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル５０に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。各種空調操作スイッチとしては、車両用空調装置１の作動スイッチ、圧縮機１１の作動、停止を選択する圧縮機の作動スイッチ、運転モードの切替スイッチが挙げられる。また、吹出口モードの切替スイッチ、送風機３２の風量設定スイッチ、車室内温度設定スイッチ、ヒートポンプサイクルの省動力化を優先させる指令を出力するエコノミースイッチ等も挙げられる。
【００５１】
空調制御装置４０の入力側には、プレ駆動スイッチ５９からの指令信号が入力される。プレ駆動スイッチ５９は、車室内に乗員が搭乗する前に予め空調の準備を行なう旨の指令信号を出力する。プレ駆動スイッチ５９は、例えば、車両のリモコンキースイッチ装置に設けることができる。また、プレ駆動スイッチ５９は、例えば、携帯電話やスマートフォン等の通信機器に設けることができる。プレ駆動スイッチ５９は、例えば、キーレスエントリー装置のドアロック解除スイッチと兼用であってもよい。
【００５２】
プレ駆動スイッチ５９は、携帯機器に設けるものに限定されない。プレ駆動スイッチ５９は、例えば、駐車場所近くの建物に設けるものであってもよい。また、プレ駆動スイッチ５９は、例えば、車両に設けるものであってもよい。
【００５３】
次に、本実施形態の車両用空調装置１の作動を説明する。空調制御装置４０は、空調熱負荷に基づいて各種機器の制御目標値、例えば、送風機３２の送風量、吸込口モード、吹出口モード、エアミックスドア３４の開度、ヒートポンプサイクル１０の運転モード等を決定する。そして、その決定内容に応じた制御信号を各種機器に対して出力することで、各種機器が作動する。
【００５４】
図３に示すように、空調制御装置４０は、通常の空調制御を行なうときには、まず、ステップ６０で、空調制御に用いられる車両環境状態の信号、すなわち上述のセンサ群の検出信号や、操作パネル５０の操作信号を読み込んでステップ６５へ進む。
【００５５】
ステップ６５では、車室内へ吹き出す空調空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。目標吹出温度ＴＡＯは、空調熱負荷、すなわち、車室内設定温度と、車室内温度等の車両環境条件とに基づいて算出され、例えば、下記数式１により算出される。
（数式１）
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ
ここで、Ｔｓｅｔは車室内温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Ｔｒは内気温センサ４１によって検出された車室内温度、Ｔａｍは外気温センサ４２によって検出された外気温度、Ｔｓは日射センサ４３によって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。
【００５６】
ステップ６５で目標吹出温度ＴＡＯを算出したら、ステップ７０へ進み、ヒートポンプサイクル１０の運転モードを決定する。ステップ７０では、目標吹出温度ＴＡＯ、内外気導入口からの吸気温度等に基づいて、ヒートポンプサイクル１０の空調運転モードを決定する。ステップ７０では、冷房運転モード、暖房運転モードのいずれか１つに決定する。
【００５７】
ステップ７０で運転モードを決定したら、ステップ７５へ進み、ステップ７０で決定した運転モードが暖房運転モードであるか否かを判定する。このとき、暖房運転モードであれば、ステップ８０へ進む。一方、冷房運転モードであれば、ＮＯと判定して、ステップ９０へ進む。
【００５８】
ステップ８０では、各アクチュエータ等に対して、暖房運転を実行するための制御信号を出力する。具体的には、開閉弁１５に対して、閉じるように制御信号を出力する。また、三方弁１７に対して、室外熱交換器１６の冷媒出口側とアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続し、冷房用固定絞り１８側を閉じるように制御信号を出力する。また、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２に対して、ヒータコア３６側の通路を全開とするための制御信号を出力する。また、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、送風機３２の送風量、送風ファン１６ａの送風量等の各種機器の制御目標値を決定して出力する。また、空調制御装置４０は、循環ポンプ３９を作動させる。
【００５９】
ステップ８０が実行されると、車両用空調装置１は、図５に示すような暖房運転モードが設定される。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過後の送風空気の全風量をヒータコア３６へ流入させる暖房位置に配置することができる。
【００６０】
暖房運転モードでは、図５中の矢印で示すように冷媒を循環させる冷媒回路が構成される。ヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１、熱交換器３７、暖房用固定絞り１３、室外熱交換器１６、アキュムレータ１９、圧縮機１１の順に冷媒が循環する回路が構成される。暖房用固定絞り１３は、本実施形態における減圧装置に相当する。また、熱媒体通路３８には、熱交換器３７とヒータコア３６との間で循環する熱媒体流れが形成される。
【００６１】
圧縮機１１にて圧縮された冷媒は、熱交換器３７にて熱媒体通路３８を循環する熱媒体に放熱する。熱交換器３７で加熱され熱媒体通路３８を循環する熱媒体は、ヒータコア３６にて送風機３２から送風された送風空気に放熱する。これにより、ヒータコア３６を通過する送風空気が加熱され、車室内の暖房が実現される。また、熱交換器３７から流出した冷媒は、暖房用固定絞り１３にて減圧されて室外熱交換器１６へ流入する。
【００６２】
室外熱交換器１６へ流入した冷媒は、送風ファン１６ａから送風された車室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁１７を介してアキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００６３】
暖房運転では、熱交換器３７を、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能させ、室外熱交換器１６を、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させて、室外熱交換器１６から熱交換器３７へ熱を輸送するヒートポンプサイクルが構成される。
【００６４】
ステップ９０では、各アクチュエータ等に対して、冷房運転を実行するための制御信号を出力する。具体的には、開閉弁１５に対して、開くように制御信号を出力する。また、三方弁１７に対して、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１８の冷媒入口側とを接続し、アキュムレータ１９側を閉じるように制御信号を出力する。また、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２に対して、ヒータコア３６をバイパスする側の通路を全開とするための制御信号を出力する。また、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、送風機３２の送風量、送風ファン１６ａの送風量等の各種機器の制御目標値を決定して出力する。
【００６５】
ステップ９０が実行されると、車両用空調装置１は、図６に示すような冷房運転モードが設定される。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過後の送風空気の全風量を、ヒータコア３６を迂回させる冷房位置に配置することができる。
【００６６】
冷房運転モードでは、図６中の矢印で示すように冷媒を循環させる冷媒回路が構成される。ヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１、熱交換器３７、室外熱交換器１６、冷房用固定絞り１８、室内蒸発器２０、アキュムレータ１９、圧縮機１１の順に冷媒が循環する回路が構成される。
【００６７】
圧縮機１１にて圧縮された高圧高温冷媒が、熱交換器３７を流通する。このとき、循環ポンプ３９は作動していないので、熱交換器３７では冷媒と熱媒体との熱交換は行われない。熱交換器３７から流出した冷媒は、バイパス通路１４を介して室外熱交換器１６へ流入し、室外熱交換器１６にて送風ファン１６ａから送風された外気と熱交換して放熱する。
【００６８】
室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁１７を介して冷房用固定絞り１８へ流入し、冷房用固定絞り１８にて減圧膨張される。冷房用固定絞り１８にて減圧された低圧冷媒は室内蒸発器２０へ流入し、送風機３２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。この冷媒の吸熱作用により、室内蒸発器２０を通過する送風空気が冷却され、車室内の冷房が実現される。室内蒸発器２０から流出した冷媒は、アキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００６９】
冷房運転では、室外熱交換器１６を凝縮器として機能させ、室内蒸発器２０を蒸発器として機能させて、室内蒸発器２０から室外熱交換器１６へ熱を輸送するヒートポンプサイクルが構成される。
【００７０】
冷房運転モード時には、循環ポンプ３９を作動させると共に、エアミックスドア３４の開度を調整して、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気の一部をヒータコア３６で加熱することで、吹出口から車室内へ吹き出される送風空気の温度を調整することができる。このように、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気の一部がヒータコア３６で加熱されることによって、送風空気温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように調整され、好適な車室内の冷房が実現される。このときには、熱交換器３７及び室外熱交換器１６を放熱器として機能させ、室内蒸発器２０を蒸発器として機能させるヒートポンプサイクルが構成される。
【００７１】
車両用空調装置１は、除湿暖房運転モードを設定することも可能である。除湿暖房運転モードでは、図７中の矢印で示すように冷媒を循環させる冷媒回路が構成されると共に、循環ポンプ３９が運転される。また、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、送風機３２の送風量、送風ファン１６ａの送風量等の各種機器の制御目標値を決定して出力する。除湿暖房運転では、熱交換器３７を凝縮器として機能させ、室内蒸発器２０を蒸発器として機能させるヒートポンプサイクルが構成される。このとき、室外熱交換器１６は、外気温度に応じて、放熱器、蒸発器、もしくは、単なる冷媒通路のいずれかとして機能する。
【００７２】
次に、空調制御装置４０が、暖房運転を行なう前に暖房準備運転を行なうときの制御動作について説明する。暖房準備運転制御は、乗員が降車して車両走行可能状態を設定するスイッチがオフされている際に、乗員が所定時間内に車室内へ搭乗するか否かを予測して、所定時間内に搭乗が予測された場合に圧縮機１１及び循環ポンプ３９を駆動させる制御である。暖房準備運転制御は、例えばイグニッションスイッチ等の車両走行可能状態の設定スイッチがオフであってもスタートする。
【００７３】
図４に示すように、空調制御装置４０は、まず、ステップ１００で、乗員が降車して車両走行可能状態の設定スイッチがオフされている際に、乗員が所定時間内に車室内へ搭乗するか否かを予測する。ステップ１００では、プレ駆動スイッチ５９から入力する信号に基づいて、乗員が所定時間内に車室内へ搭乗するか否かを予測する。ステップ１００において所定時間内の乗員の搭乗がないと判断した場合には、ステップ１００へリターンし監視を継続する。
【００７４】
ステップ１００において、所定時間内に乗員が搭乗すると判断した場合には、ステップ１１０へ進む。ステップ１００において搭乗判断の基となる信号は、搭乗のためのスイッチ操作情報を含む信号とすることができる。ステップ１００において搭乗判断の基となる信号は、車両の走行可能状態を準備するためのスイッチ操作情報を含む信号であってもよい。ステップ１００において搭乗判断の基となる信号は、暖房準備を希望する情報を含む信号であってもよい。なお、プレ駆動スイッチ５９からの入力信号が車室内の暖房を予約する情報を含む場合には、例えば、暖房開始設定時刻よりも所定時間前のタイミングでステップ１１０へ進む。
【００７５】
ステップ１１０では、センサからの信号を入力する。ステップ１１０では、内気温センサ４１及び外気温センサ４２の少なくともいずれかから信号を入力する。ステップ１１０を実行したら、ステップ１２０において暖房運転が必要であるか否かを判断する。ステップ１２０では、ステップ１１０で入力した内気温及び外気温の少なくともいずれかに基づいて、乗員搭乗後に車室内を暖房する必要があるか否かを判断する。
【００７６】
ステップ１１０では、日射センサ４３からの信号や操作パネル５０の温度設定スイッチによる設定温度信号を入力するものであってもよい。ステップ１１０で内気温及び外気温に加え日射熱負荷や設定温度に関する信号を取得した場合には、ステップ１２０において目標吹出温度ＴＡＯを算出して、この目標吹出温度ＴＡＯに基づいて暖房運転が必要であるか否かを判断してもよい。
【００７７】
ステップ１２０において、暖房運転が必要ないと判断した場合には、ステップ１３０へ進む。ステップ１３０では、空調運転を開始する状態が設定されたか否かを判断する。ステップ１３０では、例えば、空調制御装置４０の出力側に接続された機器に給電が可能な状態となり、かつ、操作パネル５０のエアコンスイッチがオン状態であるときに、空調運転を開始する状態が設定されたと判断する。エアコンスイッチがオン状態とは、例えば、圧縮機１１の作動、停止を選択する圧縮機作動スイッチが作動を選択している状態である。
【００７８】
ステップ１３０において空調運転を開始する状態が設定されていないと判断した場合には、ステップ１３０へリターンし、空調運転開始状態が設定されることを監視する。ステップ１３０において空調運転を開始する状態が設定されたと判断した場合には、ステップ１８０へ進み、図３に示した通常の空調運転制御を実行する。
【００７９】
ステップ１２０において暖房運転が必要であると判断した場合には、ステップ１４０へ進む。ステップ１４０では、熱媒体通路３８内の熱媒体の昇温を行なう水昇温運転制御を行なう。水昇温運転制御は熱媒体昇温運転制御である。
【００８０】
ステップ１４０では、車両用空調装置１を暖房運転モード時と同様に設定し、圧縮機１１及び循環ポンプ３９を駆動する。このとき、送風機３２は停止した状態のままとする。圧縮機１１及び循環ポンプ３９の運転を開始すると、ヒートポンプサイクル１０内に冷媒が循環すると共に、熱媒体通路３８に熱媒体が循環する。これにより、ヒータコア３６及び熱交換器３７の熱媒体通路部を含む熱媒体通路３８内の熱媒体が熱交換器３７における冷媒との熱交換により加熱され、熱媒体に蓄熱が行なわれる。
【００８１】
ステップ１４０では、ステップ１１０における入力信号等に基づいて熱媒体の昇温の目標温度が設定される。ステップ１４０では、水温センサ４５が検出する熱媒体温度が目標温度に到達するまでは、圧縮機１１をオン状態に連続して設定する。検出熱媒体温度が目標温度に到達するまでは、圧縮機１１を連続運転する。一方、水温センサ４５が検出する熱媒体温度が目標温度に到達した後には、圧縮機１１をオン状態とオフ状態とに交互に設定して、検出する熱媒体温度が目標熱媒体温度を維持するようにする。このとき、目標熱媒体温度は、所定温度範囲として設定される。熱媒体温度が目標熱媒体温度を維持するとは、熱媒体温度が目標とする所定温度範囲内に収まっていることである。所定温度範囲の上限と下限との温度差は、例えば５℃である。
【００８２】
目標熱媒体温度は、内気温センサ４１が検出する内気温、外気温センサ４２が検出する外気温、日射センサ４３が検出する日射量及び操作パネル５０において設定された車室内設定温度に基づいて算出できる。空調制御装置４０は、算出された目標熱媒体温度と水温センサ４５が検出する実熱媒体温度との偏差及び偏差変化率とに基づいて、圧縮機１１の回転数を変化させる。
【００８３】
空調制御装置４０は、ステップ１４０を実行しつつ、ステップ１５０も実行する。ステップ１５０では、熱交換器３７において熱媒体が冷媒で加熱された際の、熱媒体の単位時間当たり吸熱量Ｑ／ｔを算出する。熱媒体の単位時間当たり吸熱量Ｑ／ｔは、ステップ１４０実行時の時間当たりの熱媒体の温度変化と、熱媒体の量及び熱媒体の物性値とから算出される。
【００８４】
Ｑ／ｔは、例えば、水温センサ４５が検出する時間当たりの熱媒体の温度変化、熱媒体の質量、及び熱媒体の比熱に基づいて算出することができる。また、Ｑ／ｔは、例えば、水温センサ４５が検出する時間当たりの熱媒体の温度変化、熱媒体の体積、熱媒体の密度、及び熱媒体の比熱に基づいて算出することができる。熱媒体の物性値は、空調制御装置４０の記憶部に例えばマップとして予め記憶されている。また、熱媒体の量に関する値も、空調制御装置４０の記憶部に予め記憶されている。
【００８５】
ステップ１４０、１５０はステップ１６０でＹＥＳと判定されるまで繰り返し実行される。ステップ１６０でＹＥＳと判定されるまでステップ１４０を継続して実施し、ステップ１５０は、１回もしくは所定インターバルで複数回行なうものであってもよい。ステップ１６０では、ステップ１３０と同様に、空調運転を開始する状態が設定されたか否かを判断する。ステップ１６０において空調運転を開始する状態が設定されていないと判断した場合には、ステップ１４０へリターンする。ステップ１６０において空調運転を開始する状態が設定されたと判断した場合には、ステップ１７０へ進む。
【００８６】
ステップ１７０では、初期暖房運転制御を行なう。ステップ１７０では、圧縮機１１及び循環ポンプ３９の運転は継続したままで、送風機３２の運転を行なう。送風機３２の運転を開始することで、ヒータコア３６で熱媒体と送風空気とが熱交換して送風空気が加熱され、車室内へ温風が吹き出す。
【００８７】
ステップ１７０での初期暖房運転は、通常空調制御における暖房運転とは、送風機３２の送風レベルの設定方法が異なる。通常運転制御では、例えば目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、送風機３２の送風量、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、吹出モード等が決定される。一方、初期暖房運転制御では、例えば目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、吹出モード等が決定される。ただし、送風機３２の送風量は目標吹出温度ＴＡＯに係らず決定される。
【００８８】
ステップ１７０では、ステップ１５０で算出した熱媒体の単位時間当たり吸熱量Ｑ／ｔに基づいて、送風機３２の送風量が決定される。ステップ１７０では、単位時間当たり吸熱量Ｑ／ｔに対応した単位時間当たり放熱量でヒータコア３６において熱媒体が放熱するように、送風機３２の送風量を調節する。熱媒体の単位時間当たり吸熱量と単位時間当たり放熱量をバランスさせることで、車室内へ吹き出す空気の温度を経時的に安定させることができる。
【００８９】
ステップ１７０では、例えば、単位時間当たり吸熱量と同じ単位時間当たり放熱量Ｑ／ｔをヒータコア３６で放熱するための通過風量は、空気の密度、空気の比熱、及びヒータコア３６における空気の上昇温度に基づいて算出することができる。また、ヒータコア３６における空気の上昇温度は、水温センサ４５が検出するヒータコア３６へ流入する熱媒体の温度とヒータコア３６の吸込み空気温度との差、及び、ヒータコア３６の熱交換効率に基づいて算出することができる。なお、吸込み空気温度は、蒸発器温度センサ４６の検出値を用いることができる。
【００９０】
ステップ１７０では、上述したように、例えば、単位時間当たり放熱量Ｑ／ｔをヒータコア３６で放熱するためのヒータコア通過風量の空調風流れを形成するように送風機３２の送風量を決定する。なお、ヒータコア３６の熱交換効率は、空調制御装置４０の記憶部に例えばマップとして予め記憶されている。
【００９１】
なお、単位時間当たり放熱量は、単位時間当たり吸熱量に対応するものであればよい。単位時間当たり放熱量は、例えば、単位時間当たり吸熱量にほぼ同等とすることができる。単位時間当たり放熱量は、厳密に単位時間当たり吸熱量と同等でなくてもよい。
【００９２】
なお、ステップ１７０では、圧縮機１１及び循環ポンプ３９の運転は継続したままで、送風機３２の運転を開始する。ステップ１７０では、圧縮機１１がオン状態であるときに送風機３２の運転を開始することが好ましい。圧縮機１１が連続運転されている場合は、圧縮機１１がオン状態を連続しているので、ステップ１７０を実行する際に速やかに送風機３２の運転を開始することができる。圧縮機１１が断続運転されている場合は、圧縮機１１がオン状態とオフ状態とを繰り返す。ステップ１７０を実行する際に、圧縮機１１が断続運転のオン状態であるときには、速やかに送風機３２の運転を開始することができる。ステップ１７０を実行する際に、圧縮機１１が断続運転のオフ状態であるときには、次に圧縮機１１がオン状態となるのを待って、送風機３２の運転を開始することができる。
【００９３】
ステップ１７０を実行したら、所定条件を満たしたタイミングでステップ１８０へ進み、図３に示した通常の空調運転制御を実行する。ステップ１７０からステップ１８０へ移行する際に満たすべき所定条件は、例えば、ステップ１７０における送風機３２の送風量と、ステップ１８０における送風機３２の送風量とが一致したタイミングである。すなわち、初期暖房運転における送風レベルと、通常空調制御における送風レベルとが一致したタイミングである。
【００９４】
ステップ１７０からステップ１８０への移行のタイミングは、送風レベルの一致に限定されない。ステップ１７０からステップ１８０への移行のタイミングは、例えばステップ１７０を開始以降の所定時間の経過時点であってもかまわない。また、ステップ１７０からステップ１８０への移行のタイミングは、例えば圧縮機１１の回転数が所定回転数に到達したときであってもかまわない。
【００９５】
本実施形態において、ヒートポンプサイクル１０は加熱装置に相当する。また、ステップ１００は、所定時間内に車室内へ乗員が搭乗することを予測する搭乗予測部に相当する。また、ステップ１４０は、車室内への乗員の搭乗前に、搭乗予測部が所定時間内に車室内へ乗員が搭乗すると予測した場合に、送風装置を停止した状態で循環装置及び加熱装置の運転を開始して車室内の暖房の準備をする暖房準備運転を行なう準備運転部に相当する。また、ステップ１５０、１７０、１８０は、車室内への乗員の搭乗後に、循環装置及び加熱装置の運転を継続しつつ送風装置の運転を開始して車室内を暖房する暖房運転を行なう暖房運転部に相当する。
【００９６】
また、暖房運転部において、ステップ１５０は、準備運転部が暖房準備運転を行なった際の熱媒体の昇温特性に基づいて、加熱装置により加熱された熱媒体の単位時間当たり吸熱量を算出する吸熱量算出部に相当する。また、ステップ１７０は、吸熱量算出部が算出した単位時間当たり吸熱量に対応した単位時間当たり放熱量でヒータコア３６において熱媒体が放熱するように、送風装置の送風量を調節する風量調節部に相当する。
【００９７】
本実施形態の車両用空調装置１によれば、以下に述べる効果を得ることができる。
【００９８】
車両用空調装置１は、車室内へ吹き出す空気を流通するための空調ダクトであるケーシング３１と、ケーシング３１の内部に車室内へ吹き出す空気流を発生させる送風機３２とを備える。また、車両用空調装置１は、ケーシング３１の内部に設けられ、液相の熱媒体との顕熱交換によりケーシング３１の内部を流れる空気を加熱するヒータコア３６と、ヒータコア３６を含む熱媒体通路３８に熱媒体を循環させる循環ポンプ３９とを備える。また、車両用空調装置１は、熱媒体通路３８を循環する熱媒体を加熱するヒートポンプサイクル１０と、送風機３２、循環ポンプ３９及びヒートポンプサイクル１０の運転を制御する空調制御装置４０とを備える。
【００９９】
この空調制御装置４０は、搭乗予測部であるステップ１００と、準備運転部であるステップ１４０と、暖房運転部であるステップ１５０、１７０、１８０とを備える。ステップ１００は、所定時間内に車室内へ乗員が搭乗することを予測する。ステップ１４０は、車室内への乗員の搭乗前に、ステップ１００が所定時間内に車室内へ乗員が搭乗すると予測した場合に、送風機３２を停止した状態で循環ポンプ３９及び圧縮機１１の運転を開始して車室内の暖房の準備をする暖房準備運転を行なう。ステップ１５０、１７０、１８０は、車室内への乗員の搭乗後に、循環ポンプ３９及び圧縮機１１の運転を継続しつつ送風機３２の運転を開始して車室内を暖房する暖房運転を行なう。なお、ここでいう、圧縮機１１の運転とは、圧縮機１１を連続運転する場合ばかりでなく、圧縮機１１を断続運転する場合も含む。
【０１００】
これによると、車室内への乗員搭乗前に準備運転部が暖房準備運転を行ない、乗員搭乗後に暖房運転部が暖房運転を行なう。暖房準備運転では、送風装置を停止した状態で循環装置及び加熱装置の運転を行ない、ヒータコア３６を含む熱媒体通路３８内の熱媒体を加熱装置で加熱昇温させて、比較的比熱が大きく熱容量が大きい液相の熱媒体に顕熱として蓄熱することができる。暖房運転では、循環装置及び加熱装置の運転を継続しつつ送風装置の運転を行ない、ヒータコア３６における熱媒体との顕熱交換により車室内へ吹き出す空気を加熱することができる。したがって、乗員搭乗前には送風を行なわずに熱媒体通路３８内の液相の熱媒体に蓄熱を行ない、乗員搭乗後に送風を開始して車室内へ比較的高温の温風を吹き出すことができる。これによれば、車室内へ搭乗した乗員が温熱を感じ易い。
【０１０１】
本実施形態の車両用空調装置１によれば、車室内へ搭乗した乗員は、空調装置をオンしたのとほぼ同時に比較的高温の吹き出し空気に触れて、インパクトのある温熱感を得ることができる。車室内の空気を乗員搭乗前に予め温める場合よりも、少ない熱量であっても乗員が温熱感を得ることができる。また、本実施形態の車両用空調装置１によれば、乗員が搭乗する前や乗員が搭乗する際に車室内から熱が逃げ難いので、エネルギーの損失を抑制できる。暖房準備運転時には、ヒータコア３６を含む熱媒体通路３８内の熱媒体からの放熱を抑制できるので、エネルギー損失を抑制することができる。
【０１０２】
また、暖房準備運転部であるステップ１４０では、熱媒体の温度が目標温度に到達するまでは、圧縮機１１のオン状態を連続して設定して圧縮機１１を連続運転する。ステップ１４０では、熱媒体の温度が目標温度に到達した後には、熱媒体の温度が目標温度を維持するように、圧縮機１１のオン状態とオフ状態とを交互に設定して圧縮機１１を断続運転する。ステップ１４０では、圧縮機１１がオン状態であるときに、送風機３２の運転を開始する。
【０１０３】
これによると、暖房運転部は、加熱装置による液相熱媒体の加熱が行なわれているときに送風装置の運転を開始する。したがって、送風装置を始動して温風吹き出しを開始しても、ヒータコア３６において空気と熱交換する液相熱媒体の温度が低下し難い。これにより、車室内へ吹き出す空気の温度が低下することを抑制できる。
【０１０４】
また、暖房運転部は、吸熱量算出部であるステップ１５０と、風量調節部であるステップ１７０とを有する。ステップ１５０では、準備運転部が暖房準備運転を行なった際の熱媒体の昇温特性に基づいて、加熱装置により加熱された熱媒体の単位時間当たり吸熱量を算出する。ステップ１７０では、ステップ１５０で算出した単位時間当たり吸熱量に対応した単位時間当たり放熱量でヒータコア３６において熱媒体が放熱するように、送風機３２の送風量を調節する。
【０１０５】
これによると、ヒータコア３６を含む熱媒体通路３８内の熱媒体の単位時間当たり吸熱量に対応した単位時間当たり放熱量で、ヒータコア３６において車室内へ吹き出す空気を加熱することができる。したがって、送風機３２を運転して温風吹き出しを行なった際に、液相熱媒体の温度が変化し難い。これにより、車室内へ吹き出す空気を安定して加熱することができる。これによれば、車室内へ吹き出す空気の温度変化を抑制し易い。
【０１０６】
また、本実施形態の加熱装置は、圧縮機１１、凝縮器として機能する熱交換器３７、減圧装置である暖房用固定絞り１３及び蒸発器として機能する室外熱交換器１６を冷媒循環配管１２で環状に接続してなるヒートポンプサイクル１０である。ヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１の駆動により冷媒循環配管１２内に冷媒を循環して、室外熱交換器１６から熱交換器３７へ熱を輸送するヒートポンプ装置である。ヒートポンプサイクル１０は、熱交換器３７における冷媒と熱媒体との熱交換により熱媒体を加熱する。空調制御装置４０は、加熱装置であるヒートポンプ装置の圧縮機１１の運転を制御する。
【０１０７】
これによると、室外熱交換器１６から熱交換器３７へ冷媒の潜熱として効率よく輸送された熱量で、熱媒体通路３８内の熱媒体を容易に加熱し、液相熱媒体に顕熱として蓄熱することができる。
【０１０８】
図８に示すように、本実施形態の車両用空調装置１が暖房準備運転を開始すると、圧縮機１１が所定回転数で運転され、熱媒体温度が徐々に上昇していく。このとき、循環ポンプ３９も所定回転数で運転され、送風機３２は停止している。図８に示す例では、熱媒体温度が目標温度に到達した時点で、空調装置がオンされている。すなわち、熱媒体温度が目標温度に到達した時点で、空調運転を開始する状態が設定されている。したがって、暖房準備運転から暖房運転へ移行する際には、圧縮機１１はオン状態となっている。
【０１０９】
圧縮機１１がオン状態であるときに、送風機３２による送風が開始され、熱媒体の単位時間当たり吸熱量と単位時間当たり放熱量をバランスさせる風量レベルが設定されるので、暖房運転における車室内への吹出温度は経時的に安定している。圧縮機１１が、連続運転から断続運転へ移行し、圧縮機１１が断続運転中のオフ状態であるときに空調装置がオンされた場合には、圧縮機１１がオフ状態からオン状態に変更された後に送風機３２の運転を開始する。このようにすれば、図８に示した例と同様に、吹出温度の低下を抑制して吹出温度を安定化することができる。
【０１１０】
なお、本実施形態に対する比較例として、熱交換器３７や循環ポンプ３９を設けずに、ヒートポンプサイクルの室内凝縮器をヒータコアの位置に配設する空調装置も構成し得る。そして、暖房準備運転として、送風機の運転を行なわずに圧縮機を運転して、暖房運転前に室内凝縮器を予め加熱することも可能である。しかしながら、この比較例では、室内凝縮器に高温のガス冷媒を溜められるだけで、多量の熱量を蓄熱することは困難である。すなわち、比較例の暖房準備運転では、液相熱媒体ではなくガス冷媒に蓄熱することになり、室内凝縮器を予熱できる程度の効果が得られるのみである。これに対して、本実施形態によれば、比較的熱容量が大きい液相の熱媒体に蓄熱できるので、暖房運転を開始した際に、乗員に対してインパクトのある温風吹き出しを行なうことができる。
【０１１１】
（他の実施形態）
この明細書に開示される技術は、その開示技術を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される技術は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、又は組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示技術の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示技術のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及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。
【０１１２】
上記実施形態では、空調制御装置４０は、目標熱媒体温度と水温センサ４５が検出する実熱媒体温度との偏差及び偏差変化率とに基づいて、圧縮機１１の回転数変化量を求め、圧縮機１１を運転制御していたが、これに限定されるものではない。空調制御装置４０は、例えば、目標吹出温度ＴＡＯと推定吹出温度との偏差及び偏差変化率とに基づいて、圧縮機１１の回転数変化量を求め、圧縮機１１を運転制御してもよい。
【０１１３】
なお、空調制御装置４０は、例えば、内気温センサ４１が検出する内気温、外気温センサ４２が検出する外気温、日射センサ４３が検出する日射量及び操作パネル５０において設定された車室内設定温度に基づいて目標吹出温度ＴＡＯを算出できる。また、空調制御装置４０は、例えば、蒸発器温度センサ４６が検出する空気温度、水温センサ４５が検出する熱媒体温度及びエアミックスドア３４の開度位置に基づいて推定吹出温度を算出できる。
【０１１４】
また、上記実施形態では、空調制御装置４０は、圧縮機１１を断続運転しているときにステップ１７０を実行する場合には、圧縮機１１が断続運転のオフ状態であったならば、圧縮機１１が次のオン状態となるのを待って、送風機３２の運転を開始していた。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、圧縮機１１が断続運転のオフ状態であるときに送風機３２の運転を開始してもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、暖房運転部は、吸熱量算出部であるステップ１５０と、風量調節部であるステップ１７０とを有していた。そして、ステップ１５０では、準備運転部が暖房準備運転を行なった際の熱媒体の昇温特性に基づいて、加熱装置により加熱された熱媒体の単位時間当たり吸熱量を算出していた。ステップ１７０では、ステップ１５０で算出した単位時間当たり吸熱量に対応した単位時間当たり放熱量でヒータコア３６において熱媒体が放熱するように、送風機３２の送風量を調節していた。しかしながら、これに限定されるものではない。
【０１１６】
吸熱量算出部では、例えば、準備運転部が暖房準備運転を行なった際の熱媒体の昇温特性に基づいて、加熱装置により加熱された熱媒体の単位時間当たり吸熱量の関連物理量を算出する。そして、風量調節部では、吸熱量算出部が算出した単位時間当たり吸熱量の関連物理量に対応した単位時間当たり放熱量でヒータコア３６において熱媒体が放熱するように、送風機３２の送風量を調節するものであってもよい。熱媒体の単位時間当たり吸熱量の関連物理量としては、例えば、熱媒体の単位時間当たり上昇温度や、熱媒体が所定温度昇温するのに要する時間等を採用することができる。空調制御装置４０は、例えば、熱媒体の単位時間当たり上昇温度と送風機３２の回転数との対応関係を予め記憶しており、この記憶する対応関係から送風機３２の回転数を制御するものであってもよい。
【０１１７】
また、ステップ１５０及びステップ１７０を省略するものであってもよい。すなわち、熱媒体の単位時間当たり吸熱量と単位時間当たり放熱量とのバランスを考慮する初期暖房運転制御を行なわないものであってもよい。空調制御装置４０は、例えば、暖房準備運転から暖房運転へ移行する際には、暖房運転の最初から目標吹出温度ＴＡＯに基づいて送風機３２の送風量を決定するものであってもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、熱媒体を加熱する加熱装置はヒートポンプサイクル１０であり、空調制御装置４０は、圧縮機１１の運転制御を行なうことで加熱装置を運転制御するものであってが、これに限定されるものではない。加熱装置は、例えばＰＴＣヒータ等の電気ヒータであってもよい。
【０１１９】
また、上記各実施形態では、空調制御装置４０は、空調運転の運転モードを、冷房運転を含む複数のモードで切り替え可能であったが、これに限定されるものではない。例えば、暖房運転のみを行なうものであっても、開示された技術を適用することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  車両用空調装置
１０  ヒートポンプサイクル（ヒートポンプ装置、加熱装置）
１１  圧縮機
３１  ケーシング（空調ダクト）
３２  送風機（送風装置）
３６  ヒータコア
３８  熱媒体通路（熱媒体循環路）
３９  循環ポンプ（循環装置）
４０  空調制御装置（制御装置）
１００  ステップ１００（搭乗予測部）
１４０  ステップ１４０（準備運転部）
１５０  ステップ１５０（吸熱量算出部、暖房運転部の一部）
１７０  ステップ１７０（風量調節部、暖房運転部の一部）
１８０  ステップ１８０（暖房運転部の一部）
【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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【図８】
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