(57)【要約】【課題】燃料電池システム（Ｆ／Ｃ）が必要としない熱をヒータコアにおいて効率良く利用することが可能な車両用空調装置を提供すること。【解決手段】切替弁４０は、ヒータコア１３を通過する冷却水の循環経路を、Ｆ／Ｃ６側に流す第１循環路３５もしくは切替弁４０の図中右方側の閉回路（第２循環路）３５ａのいずれかに切り替えるようになっている。Ａ／Ｃ制御装置７は、温度センサ１６、６５等の検出値に基づいて算出するヒータコア１３から流出する冷却水温ＴＷｏｕｔが、温度センサ１７４が検出するＦ／Ｃ６から流出する冷却水温ＴＷＦＣより低い場合には、循環経路が第１循環路３５となるように切替弁４０を切替制御する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内への送風空気を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、温度管理すべき機器（６）を冷却する冷却水が、前記温度管理すべき機器（６）および前記加熱用熱交換器（１３）を通過するように形成された第１循環路（３５）と、
前記冷却水が、前記加熱用熱交換器（１３）を通過するように形成された第２循環路（３５ａ、５０）と、
前記加熱用熱交換器（１３）を通過する前記冷却水の循環経路を、前記第１循環路（３５）もしくは前記第２循環路（３５ａ、５０）のいずれかに切り替える切替手段（４０）と、
前記加熱用熱交換器（１３）に対して熱量を補充して、前記送風空気をさらに加熱する補充加熱ヒータ（６０）とを備え、
前記切替手段（４０）が前記循環経路を前記第１循環路（３５）に切り替えたときにのみ、前記加熱用熱交換器（１３）を通過する前記冷却水が前記温度管理すべき機器（６）を通過するように構成された車両用空調装置において、
前記加熱用熱交換器（１３）から流出する前記冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）が、前記温度管理すべき機器（６）から流出する前記冷却水の温度（ＴＷＦＣ）より低い場合には、前記循環経路が前記第１循環路（３５）となるように前記切替手段（４０）を切替制御する制御手段（７）を具備することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記補充加熱ヒータ（６０）は、前記第１循環路（３５）および前記第２循環路（３５ａ、５０）に設けられ、前記加熱用熱交換器（１３）に流入する前記冷却水を加熱するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記制御手段（７）は、前記加熱用熱交換器（１３）に流入する前記冷却水の温度（ＴＷ）および前記加熱用熱交換器（１３）の放熱特性に基づいて、前記加熱用熱交換器（１３）から流出する前記冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記制御手段（７）は、前記加熱用熱交換器（１３）に流入する前記冷却水の温度（ＴＷ）、前記加熱用熱交換器（１３）を通過する前記冷却水の流量、前記加熱用熱交換器（１３）に流入する前記送風空気の温度（ＴＥ）および前記加熱用熱交換器（１３）を通過する前記送風空気の風量に基づいて、前記加熱用熱交換器（１３）から流出する前記冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記加熱用熱交換器（１３）から流出する前記冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を検出する流出温度検出手段（１６５）を備え、
前記制御手段（７）は、前記流出温度検出手段（１６５）の検出結果に基づいて、前記切替手段（４０）を切替制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記制御手段（７）は、前記加熱用熱交換器（１３）による前記送風空気の加熱が必要であり、かつ前記温度管理すべき機器（６）から許可されたときにのみ、前記循環経路が前記第１循環路（３５）となるように前記切替手段（４０）を切替制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記温度管理すべき機器（６）は、燃料電池システム（６）であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度管理すべき機器により加熱された冷却水を加熱用熱交換器に供給して車室内を暖房する車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、作動効率を高めるために温度管理をすべき機器である燃料電池システム（以下、Ｆ／Ｃという）の冷却水を熱源として車室内の暖房を行なうものである。
【０００３】
この車両用空調装置は、車室内への送風空気を加熱する加熱用熱交換器であるヒータコアと、Ｆ／Ｃの冷却水がＦ／Ｃとヒータコアとを通過するように形成された第１循環路と、冷却水がＦ／Ｃを通過せずヒータコアを通過するように形成された第２循環路と、ヒータコアを通過する冷却水の循環経路を第１循環路もしくは第２循環路のいずれかに切り替える切替弁と、ヒータコアに対して熱量を補充して、送風空気をさらに加熱する補充加熱ヒータとを備えている。
【０００４】
そして、Ｆ／Ｃが安定作動状態にありＦ／Ｃが放出してよい熱があるときには、切替弁を第１循環路側に切り替えてＦ／Ｃから流出した冷却水をヒータコアに流し、送風空気を加熱するようになっている。Ｆ／Ｃから放出された熱だけでは送風空気を所望温度にできないときには、補充加熱ヒータを作動させて、不足分の熱を補充するようになっている。
【０００５】
また、Ｆ／Ｃが安定作動状態に達しておらずＦ／Ｃが放出してよい熱がないときには、切替弁を第２循環路側に切り替えて、補充加熱ヒータの発熱により送風空気を所望温度まで加熱するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３１５５２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の車両用空調装置では、Ｆ／Ｃから放出してもよい熱があり、ヒータコアにおいて送風空気を加熱する必要がある場合であっても、冷却水の温度条件によっては、Ｆ／Ｃが必要としない熱をヒータコアにおいて利用できない場合があるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、温度管理すべき機器が必要としない熱を加熱用熱交換器において効率良く利用することが可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では
車室内への送風空気を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、
温度管理すべき機器（６）を冷却する冷却水が、温度管理すべき機器（６）および加熱用熱交換器（１３）を通過するように形成された第１循環路（３５）と、
冷却水が、加熱用熱交換器（１３）を通過するように形成された第２循環路（３５ａ、５０）と、
加熱用熱交換器（１３）を通過する冷却水の循環経路を、第１循環路（３５）もしくは第２循環路（３５ａ、５０）のいずれかに切り替える切替手段（４０）と、
加熱用熱交換器（１３）に対して熱量を補充して、送風空気をさらに加熱する補充加熱ヒータ（６０）とを備え、
切替手段（４０）が循環経路を第１循環路（３５）に切り替えたときにのみ、加熱用熱交換器（１３）を通過する冷却水が温度管理すべき機器（６）を通過するように構成された車両用空調装置において、
加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）が、温度管理すべき機器（６）から流出する冷却水の温度（ＴＷＦＣ）より低い場合には、循環経路が第１循環路（３５）となるように切替手段（４０）を切替制御する制御手段（７）を具備することを特徴としている。
【００１０】
これによると、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水を温度管理すべき機器（６）により加熱して加熱用熱交換器（１３）に循環することができる。したがって、温度管理すべき機器（６）が必要としない熱を加熱用熱交換器（１３）において効率良く利用することが可能である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、補充加熱ヒータ（６０）は、第１循環路（３５）および第２循環路（３５ａ、５０）に設けられ、加熱用熱交換器（１３）に流入する冷却水を加熱するように形成されていることを特徴としている。
【００１２】
これによると、温度管理すべき機器（６）が必要としない熱が少ない場合であっても、第１循環路（３５）を循環する加熱用熱交換器（１３）に流入する前の冷却水を補充加熱することができる。また、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水を加熱する場合よりも温度管理すべき機器（６）に流入する冷却水の温度を低くし易いので、温度管理すべき機器（６）が必要としない熱を一層効率良く利用することが可能である。さらに、第２循環路（３５ａ、５０）を循環する加熱用熱交換器（１３）に流入する前の冷却水を加熱することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、制御手段（７）は、加熱用熱交換器（１３）に流入する冷却水の温度（ＴＷ）および加熱用熱交換器（１３）の放熱特性に基づいて、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を算出することを特徴としている。
【００１４】
これによると、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を検出する検出手段を設けることなく、切替手段（４０）を切替制御することが可能である。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、具体的には、制御手段（７）は、加熱用熱交換器（１３）に流入する冷却水の温度（ＴＷ）、加熱用熱交換器（１３）を通過する冷却水の流量、加熱用熱交換器（１３）に流入する送風空気の温度（ＴＥ）および加熱用熱交換器（１３）を通過する送風空気の風量に基づいて、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を算出することが可能である。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明では、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）を検出する流出温度検出手段（１６５）を備え、制御手段（７）は、流出温度検出手段（１６５）の検出結果に基づいて、切替手段（４０）を切替制御することを特徴としている。
【００１７】
これによると、加熱用熱交換器（１３）から流出する冷却水の温度（ＴＷｏｕｔ）が精度良く得られるので、温度管理すべき機器（６）が必要としない熱を確実に利用することが可能である。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明では、制御手段（７）は、加熱用熱交換器（１３）による送風空気の加熱が必要であり、かつ温度管理すべき機器（６）から許可されたときにのみ、循環経路が第１循環路（３５）となるように切替手段（４０）を切替制御することを特徴としている。
【００１９】
これによると、加熱用熱交換器（１３）による送風空気の加熱が不要である場合や、温度管理すべき機器（６）から放出できる熱がない場合には、冷却水を第１循環路（３５）に循環することを防止することが可能である。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明では、温度管理すべき機器（６）は燃料電池システム（６）であることを特徴としている。
【００２１】
燃料電池システム（６）を搭載した車両では、その作動状態や環境状態によって燃料電池システム（６）の発熱量が大きく変化するため、燃料電池システム（６）から流出する冷却水の温度（ＴＷＦＣ）は変動しやすい。したがって、本発明の構成によって燃料電池システム（６）が必要としない熱を加熱用熱交換器（１３）において効率良く利用することができる効果は極めて大きい。
【００２２】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
本実施形態は、本発明を燃料電池自動車用の空調装置に適用した例であり、図１にこの車両用空調装置の概略構成を示す。
【００２５】
６は温度管理すべき機器である燃料電池システム（以下、Ｆ／Ｃという）であり、冷却水を循環する冷却水循環路３０を接続している。冷却水循環路３０は、図１中Ｆ／Ｃ６の左方に冷却水を循環する第１冷却水通路３４と、図１中Ｆ／Ｃ６の右方でヒータコア１３を含む回路に冷却水を循環する第２冷却水通路３５とで構成されている。そして、Ｆ／Ｃ６にウォータポンプ５が並設されており、冷却水を冷却水循環路３０に循環させる。この冷却水によりＦ／Ｃ６は発電効率が良好な温度範囲（例えば７２〜８０℃）に温度管理される。
【００２６】
３２は放熱器であるラジエータであり、その上流側と下流側はともに第１冷却水通路３４に接続している。ラジエータ３２の第１冷却水通路３４との上流側接続点には、第１冷却水通路３４を流れる冷却水の温度が所定温度（例えば８０℃）以上になるとラジエータ３２に冷却水を流入させるように開弁するサーモスタットバルブ１３１が配置されている。これにより、第１冷却水通路３４を流れる冷却水が前記所定温度以上になると、ラジエータ３２により放熱し、Ｆ／Ｃ６が発電効率が良好な温度範囲を超えないようになっている。
【００２７】
８は車両制御装置であり、車両の走行状態や環境状態等に応じて、Ｆ／Ｃ６、ウォータポンプ５およびラジエータ３２の図示しない送風ファン等を制御するようになっている。
【００２８】
図１に示すように、第２冷却水通路３５のＦ／Ｃ６とヒータコア１３との間には、ウォータポンプ６１、補充加熱ヒータである電気ヒータ６０およびヒータコア１３に流入する冷却水の温度を検出する温度センサ６５が設けられている。温度センサ６５は、冷却水の温度情報（ヒータコア１３に流入する冷却水温ＴＷ）を後述する空調装置制御装置（以下、Ａ／Ｃ制御装置という）７に出力するようになっている。
【００２９】
第２冷却水通路３５のヒータコア１３より下流部と、第２冷却水通路３５のヒータコア１３より上流部のウォータポンプ６１の上流側部とには、両者に跨るように流路の切替手段である切替弁４０が配置されている。切替弁４０は、ヒータコア１３から流出した冷却水の流れる向きをＦ／Ｃ６側もしくは第２冷却水通路３５のＦ／Ｃ６ウォータポンプ６１間側に切替えるようになっている。切替弁４０については後で詳述する。
【００３０】
冷却水循環路３０においてＦ／Ｃ６の下流側には、Ｆ／Ｃ６から流出する冷却水の温度を検出する温度センサ１７４が配置されている。そして、温度センサ１７４は冷却水の温度情報（Ｆ／Ｃ６から流出する冷却水温ＴＷＦＣ）を後述するＡ／Ｃ制御装置７に出力するようになっている。
【００３１】
一方、通風ダクト２０内には、通風ダクト２０を塞ぐようにエバポレータ１２が配設され、エバポレータ１２はその上流部にある図示しないブロワが吹き出す空気流を冷却する。またエバポレータ１２の下流部には、通風ダクト２０を約半分塞ぐようにヒータコア１３が配設され、ヒータコア１３はエバポレータ１２を通過した冷風を再加熱する。
【００３２】
また、ヒータコア１３の上流部には、ヒータコア１３を通る空気の割合を切り替えて車室内へ吹き出す空気の温度を調節するエアミックスダンパ２１が配設されている。通風ダクト２０内のエバポレータ１２とエアミックスダンパ２１との間には、エバポレータ１２から吹き出される冷風の温度を検出する温度センサ１６が配設されている。温度センサ１６は、送風空気の温度情報（エバポレータ１２から流出する送風空気温ＴＥ）を後述するＡ／Ｃ制御装置７に出力するようになっている。
【００３３】
１５は冷媒圧縮機である電動コンプレッサであり、電動コンプレッサ１５により圧縮された冷媒は、図示しない周知の冷凍サイクルを循環して、エバポレータ１２において送風空気と熱交換し、送風空気を冷却するようになっている。９は空調装置インバータ（以下Ａ／Ｃインバータという）であり、後述するＡ／Ｃ制御装置７からの信号に基づいて、電動コンプレッサ１５および前述の電気ヒータ６０に通電するようになっている。
【００３４】
通風ダクト２０の最下流には、図示を省略しているが、エバポレータ１２およびヒータコア１３によって温度調節された空気を、フロントガラスへ向かって吹き出すデフロスタ吹出口、乗員の上半身へ向かって吹き出すフェイス吹出口、および乗員の足元へ向かって吹き出すフット吹出口がそれぞれ設けられている。そしてこれらの各吹出口からの吹き出しモードは、図示しないダンパによって調節される。
【００３５】
また、ブロワの上流部には、内気と外気との取り込む割合を切り替える図示しない内外気切替ダンパが配設されている。
【００３６】
１は車室内温度を検出する車室温センサ、２は外気温を検出する外気温センサ、４は日射量を検出する日射センサである。また、１０は操作パネル１００に設けられた車室内の目標設定温度を設定する温度設定器である。そして、上記各センサ１、２、４および温度設定器１０の出力信号は後述するＡ／Ｃ制御装置７へ出力されるようになっている。
【００３７】
制御手段であるＡ／Ｃ制御装置７は上記の各センサ１、２、４、１６、６５、１７４と温度設定器１０からの信号等に基づいて、あらかじめ定められたプログラムおよびマップに従って演算処理して必要空調能力を算出し、各ダンパ等を駆動するための各アクチュエータや、電動コンプレッサ１５、切替弁４０、電気ヒータ６０およびウォータポンプ６１等を制御する信号を出力する。
【００３８】
また、Ａ／Ｃ制御装置７は、車両制御装置８に空調装置側が必要とする熱や電力の情報を出力するようになっており、車両制御装置８は、Ａ／Ｃ制御装置７に車両側（Ｆ／Ｃ６側）が使用を許可できる熱や電力の情報を出力するようになっている。
【００３９】
次に、切替弁４０の構成について図２に基づいて説明する。
【００４０】
切替弁４０には、Ｆ／Ｃ６から流出した冷却水が切替弁４０内に流入するＦ／Ｃ側入口４１、切替弁４０内に流入した冷却水をヒータコア１３側に流出するヒータコア側出口４２、ヒータコア１３から流出した冷却水が切替弁４０内に流入するヒータコア側入口４３、ヒータコア側入口４３から流入した冷却水をＦ／Ｃ６側に流出するＦ／Ｃ側出口４４が形成されている。
【００４１】
切替弁４０内部には、両端に第１弁体４５ａおよび第２弁体４５ｂを有する弁体４５が、図２中上下方向に移動可能に配置され、第１弁体４５ａが密接する第１弁座４６と第２弁体４５ｂが密接する第２弁座４７が形成されている。図２（ａ）に示すように、弁体４５が可動範囲の最上部に位置するときには、第１弁体４５ａは第１弁座４６に密接し、第２弁体４５ｂは第２弁座４７から離れている。図２（ｂ）に示すように、弁体４５が可動範囲の最下部に位置するときには、第１弁体４５ａは第１弁座４６から離れ、第２弁体４５ｂは第２弁座４７に密接している。
【００４２】
切替弁４０内部には、ヒータコア側入口４３から流入した冷却水をヒータコア側出口４２に流出させる第１通路５０、Ｆ／Ｃ側入口４１から流入した冷却水をヒータコア側出口４２に流出させる第２通路５１、ヒータコア側入口４３から流入した冷却水をＦ／Ｃ側出口４４に流出させる第３通路５２が形成されている。第１通路５０は、第１弁体４５ａによって連通または遮断され、第２通路５１は、第２弁体４５ｂによって連通または遮断され、第３通路５２は常に連通するように構成されている。
【００４３】
図１に示す第２冷却水通路３５に流入した冷却水を、Ｆ／Ｃ６およびヒータコア１３を通過するように循環するときには、図２（ａ）に示すように、弁体４５は可動範囲の最上部に位置しており、第２冷却水通路３５に流入した冷却水を、ヒータコア１３を通過しＦ／Ｃ６をバイパスする（Ｆ／Ｃ６を通過しない）ように循環するときには、図２（ｂ）に示すように、弁体４５は可動範囲の最上部に位置している。
【００４４】
切替弁４０には、ソレノイドからなるコントローラ４８が備えられ、このコントローラ４８は、電磁力によって弁体４５を図２に示すように上下移動するように制御する。このコントローラ４８による弁体４５の制御は、切替弁４０に通電されていないときには、弁体４５が可動範囲の最上部に位置するようになっており、切替弁４０に通電されているときには、弁体４５が可動範囲の最下部に位置するようになっている。
【００４５】
すなわち、切替弁４０の第２通路５１、第３通路５２を含む第２冷却水通路３５が、本実施形態における冷却水の第１循環路であり、第２冷却水通路３５のうち切替弁４０よりヒータコア１３側（図１中右側）の通路３５ａおよび切替弁４０の第１通路５０からなる構成が、本実施形態における冷却水の第２循環路である。
【００４６】
次に、上記構成に基づき本実施形態の作動を図３〜図１１に基づいて説明する。ここで図３〜図６はＡ／Ｃ制御装置７の概略の制御動作を示すフローチャートである。
【００４７】
空調装置が使用状態となった場合には、Ａ／Ｃ制御装置７は、まず各種データ等の初期化を実行し（ステップＳ１）、次に、車室温センサ１、外気温センサ２、日射センサ４、温度設定器１０、温度センサ１６、６５、１７４等からの各信号を読み込む（ステップＳ２）。そして、ステップＳ２で読み込んだ各信号に基づいて、温度情報である車室内へ吹き出す空気の目標吹出温度（以下、ＴＡＯという）を求める（ステップＳ３）。
【００４８】
ここでＴＡＯの求め方について説明する。車室温センサ１が検出する車室温をＴｒ、外気温センサ２が検出する外気温をＴａｍ、日射センサ４が検出する日射量をＴｓ、および温度設定器１０に設定された設定温度をＴｓｅｔとし、車室温Ｔｒに乗じられる車室温ゲインをＫｒ、外気温Ｔａｍに乗じられる外気温ゲインをＫａｍ、日射量Ｔｓに乗じられる日射量ゲインをＫｓ、設定温度Ｔｓｅｔに乗じられる設定温度ゲインをＫｓｅｔ、および補正定数をＣとすると、ＴＡＯは下記の演算式（数式１）に基づいて演算される。
【００４９】
【数１】
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋ＣステップＳ３にてＴＡＯを求めたら、次に、この算出したＴＡＯに基づいて、送風空気の吹き出しモードを決定するとともに、図示しないブロワが吹き出す風量（図７に例示）を決定する（ステップＳ４）。さらに、ＴＡＯと空調装置への送風空気の吸い込み温度（以下ＴＩＮ）とに基づいて、図８に示すように、運転モードを決定する（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００５０】
まず、ステップＳ５において、ＴＡＯとＴＩＮとの差より、図８に基づいて、冷房モードであるか否か判断する（ステップＳ５）。冷房モードであると判断した場合には、図４のステップＳ７へ進む。冷房モードでないと判断した場合には、次に、図８に基づいて除湿モードであるか否か判断する（ステップＳ６）。除湿モードであると判断した場合には、図５のステップＳ２１へ進む。ステップＳ６において除湿モードでないと判断した場合には暖房モードであると判断し、図６のステップＳ３５へ進む。
【００５１】
ステップＳ５において冷房モードであると判断した場合には、Ａ／Ｃ制御装置７は、ステップＳ７へ進み、Ｆ／Ｃ６の廃熱（Ｆ／Ｃ６が必要としない熱）が利用できる状態であるか否か判断する。
【００５２】
具体的には、まず、Ａ／Ｃ制御装置７は、車両用制御装置８に対し廃熱利用を要求する信号を発し、車両用制御装置８から廃熱利用を許可する信号を受け取る。廃熱利用が許可されたら、次に、温度センサ１７４が検出する冷却水温ＴＷＦＣとヒータコア１３から流出する冷却水温ＴＷｏｕｔとを比較し、冷却水温ＴＷＦＣが冷却水温ＴＷｏｕｔより低い場合には、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できる状態であると判断する。
【００５３】
本実施形態の車両用空調装置は冷却水温ＴＷｏｕｔの検出手段を備えていないので、Ａ／Ｃ制御装置７は冷却水温ＴＷｏｕｔを他の検出値から推定算出する。冷却水温ＴＷｏｕｔは、温度センサ６５が検出するヒータコア１３に流入する冷却水温ＴＷとヒータコア１３の放熱特性とから推定することが可能である。本例では、冷却水温ＴＷ、ヒータコア１３に流入する送風空気温すなわち送風空気温ＴＥ、ヒータコア１３を通過する冷却水流量およびヒータコア１３を通過する送風空気風量から冷却水温ＴＷｏｕｔを推定する。
【００５４】
ヒータコア１３を通過する間の冷却水の温度低下量Ｔ１は、冷却水流量および送風空気風量が一定の場合には、ＴＷ−ＴＥに対し図９（ａ）に示すように１次の関係にあることを、本発明者らは見出している。冷却水流量および送風空気風量が変化した場合には、１次関係式の傾斜が変化する。したがって、冷却水温ＴＷｏｕｔは、冷却水温ＴＷ、送風空気温ＴＥ、ヒータコア１３を通過する冷却水流量および送風空気風量から容易に推定することができる。
【００５５】
このようにして推定した冷却水温ＴＷｏｕｔを用いて、冷却水温ＴＷＦＣが冷却水温ＴＷｏｕｔより低いか否か判断する。具体的には、図９（ｂ）に示すように、冷却水温ＴＷＦＣ−ＴＷｏｕｔの値の変動方向に応じてヒステリシスを形成して判断を切り替える。
【００５６】
ステップＳ７において、車両用制御装置８から廃熱利用を許可されるとともに、冷却水温ＴＷＦＣが冷却水温ＴＷｏｕｔより低く、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できる状態であると判断した場合には、切替弁４０を非通電制御し（ステップＳ８）、ウォータポンプ６１を駆動する（ステップＳ９）。
【００５７】
ステップＳ９を実行したら、エバポレータ１２から流出する送風空気の目標温度ＴＥＯを算出する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０においては、除湿等を目的として、図１０に示すように外気温に応じたＴＥＯを算出する。ＴＥＯを算出したら、次に、エアミックスダンパ２１の目標開度ＳＷを算出する（ステップＳ１１）。
【００５８】
ステップＳ１１においては、下記の数式２に基づいて、目標開度ＳＷを算出する。
【００５９】
【数２】
ＳＷ＝（ＴＡＯ−ＴＥ）／（ＴＷ−ＴＥ）×１００％
ＳＷを算出したら、エアミックスダンパ２１の開度がＳＷとなるように、エアミックスダンパ２１を駆動する（ステップＳ１２）。
【００６０】
ステップＳ７において、車両用制御装置８から廃熱利用を許可されないか、もしくは、冷却水温ＴＷＦＣが冷却水温ＴＷｏｕｔ以上であり、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できない状態であると判断した場合には、切替弁４０を非通電制御し（ステップＳ１３）、ウォータポンプ６１を停止する（ステップＳ１４）。
【００６１】
ステップＳ１４を実行したら、エバポレータ１２から流出する送風空気の目標温度ＴＥＯを算出する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５においては、ＴＡＯをＴＥＯとする。ＴＥＯを算出したら、エアミックスダンパ２１の開度が最大冷房（マックスクール）状態となるように、エアミックスダンパ２１を駆動する（ステップＳ１６）。
【００６２】
ステップＳ１２を実行した場合には、ステップＳ１０において算出したＴＥＯに基づいて、ステップＳ１６を実行した場合には、ステップＳ１５において算出したＴＥＯに基づいて、電動コンプレッサ１５の目標回転数ＩＶＯを算出する（ステップＳ１７）。
【００６３】
ステップＳ１７を実行したら、Ａ／Ｃ制御装置７は、車両用制御装置８に対しＡ／Ｃ側が必要とする電力量を送信し（ステップＳ１８）、車両用制御装置８からＡ／Ｃ側が使用しても良い電力量（許可電力量）を受信する（ステップＳ１９）。そして、この許可電力量の範囲内において、極力ステップＳ１７で算出した目標回転数となるように、Ａ／Ｃインバータ９を介して電動コンプレッサ１５を駆動する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０を実行したら、図３のステップＳ２にリターンする。
【００６４】
ステップＳ６において除湿モードであると判断した場合には、Ａ／Ｃ制御装置７は、図５のステップＳ２１へ進み、ヒータコア１３へ流入する冷却水の目標温度ＴＷＯ（本例本ステップでは５０℃）を算出した後、ＴＥＯ（本例本ステップでは１０℃）を算出する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２を実行したら、前述の数式２に基づいてエアミックスダンパ２１の目標開度ＳＷを算出し（ステップＳ２３）、エアミックスダンパ２１の開度がＳＷとなるように、エアミックスダンパ２１を駆動する（ステップＳ２４）。
【００６５】
ステップＳ２４を実行したら、ステップＳ２５において、ステップＳ７と同様に、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できる状態であるか否か判断する。ステップＳ２５においてＦ／Ｃ６の廃熱が利用できる状態であると判断した場合には、切替弁４０を非通電制御し（ステップＳ２６）、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できない状態であると判断した場合には、切替弁４０を通電制御する（ステップＳ２７）。
【００６６】
ステップＳ２６もしくはステップＳ２７を実行したら、ウォータポンプ６１を駆動する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８を実行したら、ステップＳ２１で算出したＴＷＯと温度センサ１７４が検出したＴＷＦＣとに基づいて、電気ヒータ６０に供給すべき目標ヒータ電力ＩＨＯを算出する（ステップＳ２９）。また、ステップＳ２２で算出したＴＥＯに基づいて、電動コンプレッサ１５の目標回転数ＩＶＯを算出する（ステップＳ３０）。
【００６７】
ステップＳ３０を実行したら、Ａ／Ｃ制御装置７は、車両用制御装置８に対しＡ／Ｃ側が必要とする電力量を送信し（ステップＳ３１）、車両用制御装置８からＡ／Ｃ側が使用しても良い電力量（許可電力量）を受信する（ステップＳ３２）。
【００６８】
そして、この許可電力量の範囲内において、Ａ／Ｃインバータ９を介して、極力ステップＳ２９で算出した電力を電気ヒータ６０に通電（駆動）する（ステップＳ３３）とともに、ステップＳ３０で算出した目標回転数となるように電動コンプレッサ１５を駆動する（ステップＳ３４）。なお、両目標値に対し供給できる電力が不足する場合には、電動コンプレッサ１５の駆動を優先し、電気ヒータ６０への通電を調節して、吹き出し温度達成よりも除湿機能を優先して運転する。ステップＳ３４を実行したら、図３のステップＳ２にリターンする。
【００６９】
ステップＳ６において除湿モードでない（暖房モードである）と判断した場合には、Ａ／Ｃ制御装置７は、図６のステップＳ３５へ進み、ヒータコア１３へ流入する冷却水の目標温度ＴＷＯを算出した後、ＴＥＯを算出する（ステップＳ３６）。ステップＳ３５では、図１１に示すように、送風風量に応じて設定されたΦを用いて、下記の数式３に基づいてＴＷＯを算出する。
【００７０】
【数３】
ＴＷＯ＝（ＴＡＯ−ＴＥ）／Φ＋ＴＥ
ステップＳ３６では、外気温Ｔａｍが１０℃より高い場合には、ＴＥＯを１０℃とし、外気温Ｔａｍが１０℃以下の場合には、ＴＥＯをＴａｍもしくは５℃の高い方とする。
【００７１】
ステップＳ３６を実行したら、ステップＳ３７において、ステップＳ７と同様に、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できる状態であるか否か判断する。ステップＳ３７においてＦ／Ｃ６の廃熱が利用できる状態であると判断した場合には、切替弁４０を非通電制御し（ステップＳ３８）、ウォータポンプ６１を駆動する（ステップＳ３９）。
【００７２】
ステップＳ３９を実行したら、温度センサ１７４が検出した冷却水温ＴＷＦＣがステップＳ３５で算出したＴＷＯより高いかどうか判断する（ステップＳ４０）。ＴＷＦＣがＴＷＯより高いと判断した場合には、エアミックスダンパ２１の目標開度ＳＷを算出する（ステップＳ４１）。
【００７３】
ステップＳ４１においては、前述の数式２に基づいて、目標開度ＳＷを算出する。ＳＷを算出したら、エアミックスダンパ２１の開度がＳＷとなるように、エアミックスダンパ２１を駆動する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２を実行したら、ステップＳ３６において算出したＴＥＯに基づいて、電動コンプレッサ１５の目標回転数ＩＶＯを算出する（ステップＳ４３）。
【００７４】
ステップＳ４３を実行したら、Ａ／Ｃ制御装置７は、車両用制御装置８に対しＡ／Ｃ側が必要とする電力量を送信し（ステップＳ４４）、車両用制御装置８からＡ／Ｃ側が使用しても良い電力量（許可電力量）を受信する（ステップＳ４５）。そして、この許可電力量の範囲内において、極力ステップＳ４２で算出した目標回転数となるように、Ａ／Ｃインバータ９を介して電動コンプレッサ１５を駆動する（ステップＳ４６）。ステップＳ４６を実行したら、図３のステップＳ２にリターンする。
【００７５】
ステップＳ３７においてＦ／Ｃ６の廃熱が利用できない状態であると判断した場合には、切替弁４０を通電制御し（ステップＳ４７）、ウォータポンプ６１を駆動する（ステップＳ４８）。ステップＳ４０においてＴＷＦＣがＴＷＯ以下であると判断した場合、もしくは、ステップＳ４８を実行したときには、エアミックスダンパ２１の開度が最大暖房（マックスホット）状態となるように、エアミックスダンパ２１を駆動する（ステップＳ４９）。
【００７６】
ステップＳ４９を実行したら、ステップＳ３５で算出したＴＷＯと温度センサ１７４が検出したＴＷＦＣとに基づいて、電気ヒータ６０に供給すべき目標ヒータ電力ＩＨＯを算出する（ステップＳ５０）。また、ステップＳ３６で算出したＴＥＯに基づいて、電動コンプレッサ１５の目標回転数ＩＶＯを算出する（ステップＳ５１）。
【００７７】
ステップＳ５１を実行したら、Ａ／Ｃ制御装置７は、車両用制御装置８に対しＡ／Ｃ側が必要とする電力量を送信し（ステップＳ５２）、車両用制御装置８からＡ／Ｃ側が使用しても良い電力量（許可電力量）を受信する（ステップＳ５３）。
【００７８】
そして、この許可電力量の範囲内において、Ａ／Ｃインバータ９を介して、極力ステップＳ５０で算出した電力を電気ヒータ６０に通電（駆動）する（ステップＳ５４）とともに、ステップＳ５１で算出した目標回転数となるように電動コンプレッサ１５を駆動する（ステップＳ５５）。なお、両目標値に対し供給できる電力が不足する場合には、電動コンプレッサ１５の駆動を優先し、電気ヒータ６０への通電を調節する。ステップＳ５５を実行したら、図３のステップＳ２にリターンする。
【００７９】
上述の構成および作動によれば、ヒータコア１３による送風空気の加熱が必要なときには、Ａ／Ｃ制御装置７は、Ｆ／Ｃ６側から（車両用制御装置８から）Ｆ／Ｃ６の廃熱利用が許可されるとともに、温度センサ１７４が検出する冷却水温ＴＷＦＣとヒータコア１３から流出する冷却水温ＴＷｏｕｔとを比較し、冷却水温ＴＷＦＣが冷却水温ＴＷｏｕｔより低い場合には、切替弁４０を非通電状態として、ヒータコア１３を通過する冷却水がＦ／Ｃ６を通過する冷却水の循環経路を形成する。
【００８０】
したがって、ヒータコア１３から流出する冷却水を、この冷却水より高温であるＦ／Ｃ６により加熱してヒータコア１３に循環することができる。このようにして、Ｆ／Ｃ６が必要としない熱をヒータコア１３において効率良く利用することができる。
【００８１】
また、補充加熱ヒータである電気ヒータ６０は、第２冷却水通路３５のヒータコア１３上流側に設けられているので、Ｆ／Ｃ６が必要としない熱が少ない場合であっても、ヒータコア１３に流入する前の冷却水を補充加熱することができる。また、電気ヒータ６０をヒータコア１３下流側に設けた場合よりもＦ／Ｃ６に流入する冷却水の温度を低くし易いので、Ｆ／Ｃ６が必要としない熱を一層効率良く利用することができる。
【００８２】
また、切替弁４０がＦ／Ｃ６を通過しない冷却水の閉回路（本実施形態の第２循環路）を形成している場合でも、ヒータコア１３に流入する前の冷却水を加熱することができる。
【００８３】
また、冷却水温ＴＷｏｕｔを、ヒータコア１３に流入する冷却水温ＴＷ、ヒータコア１３を通過する冷却水流量、ヒータコア１３に流入する送風空気温度ＴＥおよびヒータコア１３を通過する送風空気風量に基づいて推定算出しているので、冷却水温ＴＷｏｕｔを直接検出するための温度センサを設ける必要がない。
【００８４】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、ヒータコア１３から流出する冷却水温ＴＷｏｕｔを推定算出するものであったが、例えば図１２に示すように、第２冷却水通路３５のヒータコア１３下流側に流出温度検出手段としての温度センサ１６５を設け、冷却水温ＴＷｏｕｔを直接検出するものであってもよい。専用の温度センサを設ける必要があるが、冷却水温ＴＷｏｕｔを精度よく検出することができる。
【００８５】
また、上記一実施形態では、Ａ／Ｃ制御装置７は、冷却水温ＴＷｏｕｔを、ヒータコア１３に流入する冷却水温ＴＷ、ヒータコア１３を通過する冷却水流量、ヒータコア１３に流入する送風空気温度ＴＥおよびヒータコア１３を通過する送風空気風量に基づいて推定算出し、このＴＷｏｕｔを用いて切替弁４０の切替制御を行なうものであったが、切替制御方法はこれに限定されるものではない。
【００８６】
例えば図１３に示すように、冷却水温ＴＷＦＣ、送風空気温ＴＥ、冷却水流量、温水流量等からＴＷＦＣ＝ＴＷｏｕｔとなる電気ヒータ６０の昇温値Δｔの限界値を求め（図１３の例では、図中の傾斜線）、この限界値に基づいて切替弁４０を切替制御するものであってもよい。具体的には、例えば、図１３中の限界値線より−２℃となったときに切替弁４０を図２（ａ）の状態に制御し、限界値線より−１℃となったときに切替弁４０を図２（ｂ）の状態に制御するヒステリシス切替制御を行なうことが好ましい。
【００８７】
また、上記一実施形態では、補充加熱ヒータとして第２冷却水通路３５に電気ヒータ６０を設けたが、ヒータコア１３の下流側等に送風空気を直接加熱するヒータを設けるものであってもよい。
【００８８】
また、上記一実施形態では、Ｆ／Ｃ６の廃熱が利用できると判断したときには、ステップＳ９、Ｓ２８、Ｓ３９においてウォータポンプ６１を駆動制御したが、車両側ウォータポンプ（ウォータポンプ５）の作動により、第２冷却水通路３５における冷却水の循環が良好に行なわれるのであれば、ウォータポンプ６１を駆動しなくてもかまわない。
【００８９】
また、上記一実施形態では、冷却水の循環経路を第１循環路もしくは第２循環路のいずれかに切り替える切替手段として切替弁４０を採用したが、これに限定されるものではない。例えば三方弁を採用してもよいし、二方弁を２つ設けるものであってもよい。
【００９０】
また、上記一実施形態では、冷却水温ＴＷｏｕｔの推定算出に、ヒータコア１３を通過する送風空気風量を用いたが、ブロワモータの端子電圧等に基づいて算出するものであってもよい。
【００９１】
また、上記一実施形態では、電気ヒータ６０への通電制御はＡ／Ｃインバータ９を介して行なったが、電磁式のリレー等で制御するものであってもよい。
【００９２】
また、上記一実施形態では、第２冷却水通路３５に電気ヒータ６０を１つ設けたが、複数の電気ヒータを並設するものであってもよい。これによれば、電気ヒータに供給する電流のピーク値を低減できるという利点がある。
【００９３】
また、上記一実施形態において、７２℃、８０℃等の実数値は例示であって、Ｆ／Ｃ６の特性等により適宜設定し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施形態の車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は切替弁４０の概略構成および作動状態を示す図である。
【図３】Ａ／Ｃ制御装置７の概略制御動作を示すフローチャートの一部である。
【図４】Ａ／Ｃ制御装置７の概略制御動作を示すフローチャートの一部である。
【図５】Ａ／Ｃ制御装置７の概略制御動作を示すフローチャートの一部である。
【図６】Ａ／Ｃ制御装置７の概略制御動作を示すフローチャートの一部である。
【図７】ブロワ風量制御条件を示すグラフである。
【図８】運転モード制御条件を示すグラフである。
【図９】冷却水温ＴＷｏｕｔの算出値に基づく判断の説明図であり、（ａ）は、冷却水温度低下量Ｔ１を示すグラフであり、（ｂ）は、判断の切替条件を示す図である。
【図１０】エバポレータ１２下流の送風空気目標温度ＴＥＯの設定値を示すグラフである。
【図１１】ヒータコア１３へ流入する冷却水目標温度ＴＷＯの算出に用いるΦの設定値のグラフである。
【図１２】他の実施形態における車両用空調装置の要部概略構成図である。
【図１３】他の実施形態における廃熱利用可能判断の説明図である。
【符号の説明】
６　燃料電池システム（Ｆ／Ｃ、温度管理すべき機器）
７　空調装置制御装置（Ａ／Ｃ制御装置、制御手段）
８　車両制御装置
９　空調装置インバータ（Ａ／Ｃインバータ）
１２　エバポレータ
１３　ヒータコア（加熱用熱交換器）
１６　温度センサ（ＴＥ検出センサ）
３０　冷却水循環路
３４　第１冷却水通路
３５　第２冷却水通路（第１循環路）
３５ａ　通路（第２循環路の一部）
４０　切替弁（切替手段）
５０　第１通路（第２循環路の一部）
６０　電気ヒータ（補充加熱ヒータ）
６１　ウォータポンプ
６５　温度センサ（ＴＷ検出センサ）
１６５　温度センサ（ＴＷｏｕｔ検出センサ、流出温度検出手段）
１７４　温度センサ（ＴＷＦＣ検出センサ）
【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】
2004098991.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004098991.tif 000011
【図１０】
2004098991.tif 000012
【図１１】
2004098991.tif 000013
【図１２】
2004098991.tif 000014
【図１３】
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