(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業室（１１）の高温端と低温端との間に設けられ、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）と、
前記磁気熱量素子に印加される前記外部磁場を変調する磁場変調装置（１４）と、
前記高温端と前記低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を流す熱輸送装置（１６）と、
前記作業室からの熱出力のうち前記高温端からの温熱出力を用いて、前記熱輸送媒体との熱交換により被加熱流体を加熱する高温側熱交換器（３、２５）と、
前記高温側熱交換器における前記被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置（２３、２７）と、
前記作業室からの前記熱出力のうち前記低温端からの冷熱出力を用いて、前記熱輸送媒体との熱交換により被冷却流体を冷却する低温側熱交換器（４、６２）と、
前記低温側熱交換器における前記被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置（６３）と、
前記磁場変調装置、前記熱輸送装置、前記高温側流量調節装置、および、前記低温側流量調節装置の作動を制御する制御装置（１０１）と、を備え、
前記制御装置は、
前記高温端と前記低温端との温度差（ΔＴｂ）に対する前記熱出力（Ｑ）の特性情報を取得する特性情報取得部（１２３、２１４）と、
前記熱出力を上昇させる際に、前記高温側流量調節装置および前記低温側流量調節装置を制御して、前記特性情報取得部で取得した前記特性情報に基づいて前記熱出力が増大する方向へ前記温度差が変化するように、前記高温側熱交換器における前記被加熱流体の流通量および前記低温側熱交換器における前記被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更する流通量制御部（１２７、１２８、１３０、１３３）と、を有する磁気ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記流通量制御部は、
前記熱出力を上昇させる際に、前記特性情報取得部で取得した前記特性情報に基づいて、前記温度差の増大に伴い前記熱出力が低下する第１特性領域に前記温度差があると判断した場合に、前記高温側熱交換器における前記被加熱流体の流通量および前記低温側熱交換器における前記被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを増加させる流通量増加部（１３０、１３３）と、
前記熱出力を上昇させる際に、前記特性情報取得部で取得した前記特性情報に基づいて、前記温度差の増大に伴い前記熱出力が上昇する第２特性領域に前記温度差があると判断した場合に、前記高温側熱交換器における前記被加熱流体の流通量および前記低温側熱交換器における前記被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを減少させる流通量減少部（１２７、１２８）と、を有する請求項１に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記特性情報を記憶するための記憶部（１０２）を有し、
前記特性情報取得部は、前記記憶部が予め記憶した前記特性情報を取得するように構成された請求項１または請求項２に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記高温側熱交換器における前記被加熱流体の流通量および前記低温側熱交換器における前記被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更した際の前記熱出力の変化に基づいて前記特性情報を検知する特性検知部（２１４）を有し、
前記特性情報取得部は、前記特性検知部が検知した前記特性情報を取得するように構成された請求項１または請求項２に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項５】
室内へ吹き出す空気の通風路が内部に形成され、前記通風路に前記低温側熱交換器が配された空調ケース（２１）と、
前記通風路に設けられ、前記低温側熱交換器を通過する風量と前記低温側熱交換器をバイパスする風量との風量割合を調節する配風装置（２６）と、を備える請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記高温側熱交換器で前記被加熱流体と熱交換する前後の前記熱輸送媒体の温度をそれぞれ検出する一対の高温側温度センサ（９４、９５）と、
前記低温側熱交換器で前記被冷却流体と熱交換する前後の前記熱輸送媒体の温度をそれぞれ検出する一対の低温側温度センサ（９６、９７）と、を備える請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記高温側熱交換器および前記低温側熱交換器のうち一方の熱交換器が室内に配される室内熱交換器であって、前記室内熱交換器を流通する前記被加熱流体または前記被冷却流体が室内側二次流体であり、
前記高温側熱交換器および前記低温側熱交換器のうち他方の熱交換器が室外に配される室外熱交換器であって、前記室外熱交換器を流通する前記被加熱流体または前記被冷却流体が室外側二次流体であり、
前記制御装置は、前記磁場変調装置および前記熱輸送装置を起動して定常運転に至るまでの起動時運転を行なう起動時運転部（１１３）を有し、
前記起動時運転部は、前記室外側二次流体の流通を行ないつつ、前記室内側二次流体の流通を停止または前記室内側二次流体の流量を前記定常運転のときよりも小さくするように構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記起動時運転部が前記起動時運転を行ない、前記高温端と前記低温端との温度差（ΔＴｂ）が前記室内側二次流体と前記室外側二次流体との温度差（ΔＴｒａ）よりも大きくなった場合に、前記起動時運転から前記定常運転への移行を行なう運転移行部（１１２）を有する請求項７に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される技術は、磁気作業物質の磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、下記非特許文献１に開示された磁気冷凍装置がある。下記非特許文献１に開示された装置では、磁気熱量素子が設けられた作業室の高低温両端の温度差に応じて冷熱の出力である熱出力が変化する。この装置では、高低温両端の温度差が増大するにしたがって熱出力が低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】S.JACOBS et al.,「THE PERFORMANCE OF A LARGE-SCALE ROTARY MAGNETIC REFRIGERATOR」,Fifth IIF-IIR International Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature,ThermagV,Grenoble,France,17-20 September 2012 p.421-428
【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、上記非特許文献１には、例えば空調装置等の熱利用システムに磁気ヒートポンプ装置を適用した際のシステム制御方法に関して開示されていない。磁気ヒートポンプ装置からの熱出力を利用する場合には、例えば作業室の両端に高温側熱交換器と低温側熱交換器とを接続する。高温側熱交換器では、作業室の高温端の熱輸送媒体と被加熱流体との熱交換により被加熱流体が加熱される。低温側熱交換器では、作業室の低温端の熱輸送媒体と被冷却流体との熱交換により被冷却流体が冷却される。
【０００５】
作業室からの熱出力が熱利用システムの要求する目標熱出力に満たない場合の対策方法として、高温側熱交換器における被加熱流体の流量および低温側熱交換器における被冷却流体の流量の少なくともいずれかを増加させる方法が知られている。被加熱流体の流量および被冷却流体の流量の少なくともいずれかを増加させると、熱交換器における熱交換量が増大して、作業室の両端の温度差が低下する。作業室の両端の温度差が低下すると、前述した温度差と熱出力との関係によれば作業室からの熱出力が上昇する。
【０００６】
発明者らが、製作した磁気ヒートポンプ装置において、熱出力が目標熱出力に満たない場合に、上記の対策方法を適用したところ、対策の効果が得られない結果を得た。被加熱流体の流量や被冷却流体の流量を増大させても、作業室からの熱出力の上昇が得られない場合があるという結果を得た。発明者らは、この結果の原因について鋭意検討を行ない、作業室の両端の温度差が増大するにしたがって必ずしも熱出力が低下するとは限らないとの知見を得た。発明者らは、この知見に基づいて、被加熱流体の流量や被冷却流体の流量の適切な変更制御により熱出力を上昇させる構成を見出した。
【０００７】
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、被加熱流体や被冷却流体の適切な流量制御により作業室からの熱出力を上昇させることが可能な磁気ヒートポンプ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】
【０００８】
上記目的を達成するため、開示される磁気ヒートポンプ装置では、
作業室（１１）からの熱出力のうち高温端からの温熱出力を用いて、熱輸送媒体との熱交換により被加熱流体を加熱する高温側熱交換器（３、２５）と、
高温側熱交換器における被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置（２３、２７）と、
作業室からの熱出力のうち低温端からの冷熱出力を用いて、熱輸送媒体との熱交換により被冷却流体を冷却する低温側熱交換器（４、６２）と、
低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置（６３）と、
磁場変調装置（１４）、熱輸送装置（１６）、高温側流量調節装置、および、低温側流量調節装置の作動を制御する制御装置（１０１）と、を備え、
制御装置は、
高温端と低温端との温度差（ΔＴｂ）に対する熱出力（Ｑ）の特性情報を取得する特性情報取得部（１２３、２１４）と、
熱出力を上昇させる際に、高温側流量調節装置および低温側流量調節装置を制御して、特性情報取得部で取得した特性情報に基づいて熱出力が増大する方向へ温度差が変化するように、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更する流通量制御部（１２７、１２８、１３０、１３３）と、を有する。
【０００９】
これによると、磁気ヒートポンプ装置は、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置と、低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置と、これらの装置を制御する制御装置とを備えている。制御装置は、作業室の高温端と低温端との温度差に対する熱出力の特性情報を取得する特性情報取得部と、特性情報取得部で取得した特性情報に基づいて高温側流量調節装置および低温側流量調節装置を制御する流通量制御部とを有している。流通量制御部は、作業室からの熱出力を上昇させる際に、特性情報に基づいて熱出力が増大する方向へ温度差が変化するように、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更する。したがって、作業室からの熱出力が目標熱出力に満たない場合等に、被加熱流体の流通量や被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを特性情報に基づいて適切に調節して温度差を変更し、作業室からの熱出力を上昇させることができる。このように、被加熱流体や被冷却流体の適切な流量制御により作業室からの熱出力を上昇させることができる。
【００１０】
なお、特許請求の範囲およ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】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る磁気ヒートポンプ装置を含む熱機器のブロック図である。
【図２】第１実施形態の磁気ヒートポンプ装置を備える車両用空調装置の概略構成図である。
【図３】第１実施形態の磁気ヒートポンプ装置の制御系構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態のヒートポンプ制御装置の制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態のヒートポンプ制御装置の制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図６】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報の一例を示すグラフである。
【図７】磁気熱量効果材料をカスケード配置した場合に、各材料要素が最大性能を発揮する状態例を説明するグラフである。
【図８】磁気熱量効果材料をカスケード配置した場合に、各材料要素が最大性能を発揮できない状態例を説明するグラフである。
【図９】室外熱交換器への通風量と室外熱交換器での熱交換量との関係を示すグラフである。
【図１０】室内熱交換器への通風量と室内熱交換器での熱交換量との関係を示すグラフである。
【図１１】磁気ヒートポンプ装置の起動時運転を行なった際の各媒体の温度変化を説明するためのグラフである。
【図１２】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１３】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１４】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１５】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１６】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１７】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１８】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性線図上での熱機器の状態変化の一例を示す図である。
【図１９】第２実施形態のヒートポンプ制御装置の制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図２０】第２実施形態のヒートポンプ制御装置の制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図２１】第２実施形態のヒートポンプ制御装置の制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図２２】温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報の他の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に示すように、車両用空調装置１は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２は、ＭＨＰ（Magneto-caloric effect Heat Pump）装置２、または単に磁気ヒートポンプ装置２とも呼ばれる。ＭＨＰ装置２は、熱磁気サイクル装置を提供する。
【００１４】
この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。
【００１５】
車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２の高温側に設けられた熱交換器３を有する。熱交換器３は、ＭＨＰ装置２の高温と、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器３は、主として放熱のために用いられる。図示の例では、熱交換器３は、ＭＨＰ装置２の熱輸送媒体と、空気との熱交換を提供する。熱交換器３は、車両用空調装置１における高温系統機器のひとつである。熱交換器３は、例えば車両の室内に設置され、空調用空気と熱交換することにより空気を温める。熱交換器３は、作業室１１からの熱出力のうち高温端からの温熱出力を用いて、被加熱流体である例えば空調用空気を加熱する。熱交換器３は、熱輸送媒体との熱交換により被加熱流体を加熱する高温側熱交換器である。
【００１６】
車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２の低温側に設けられた熱交換器４を有する。熱交換器４は、ＭＨＰ装置２の低温端と、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器４は、主として吸熱のために用いられる。図示の例では、熱交換器４は、ＭＨＰ装置２の熱輸送媒体と、熱源媒体との熱交換を提供する。熱交換器４は、車両用空調装置１における低温系統機器のひとつである。熱交換器４は、例えば車両の外部に設置され、外気と熱交換する。熱交換器４は、作業室１１からの熱出力のうち低温端からの冷熱出力を用いて、被冷却流体である例えば外気を冷却する。熱交換器４は、熱輸送媒体との熱交換により被冷却流体を冷却する低温側熱交換器である。
【００１７】
ＭＨＰ装置２は、ＭＨＰ装置２を駆動するための回転軸２ａを有する。回転軸２ａは、動力源５と作動的に連結されている。よって、ＭＨＰ装置２は、動力源５によって回転駆動される。動力源５は、ＭＨＰ装置２に回転動力を提供する。動力源５は、ＭＨＰ装置２の唯一の動力源である。動力源５は、電動機、内燃機関など回転機器によって提供される。動力源の一例は、車両に搭載された電池によって駆動される電動機である。以下、動力源を、モータと呼ぶ場合がある。
【００１８】
ＭＨＰ装置２は、ハウジング６を備える。ハウジング６は回転軸２ａを回転可能に支持している。ＭＨＰ装置２は、ロータ７を備える。ロータ７は、ハウジング６内に回転可能に支持されている。ロータ７は、回転軸２ａから直接的にまたは間接的に回転力を受けて、回転する。ロータ７は、動力源５によって回転させられる回転体である。ロータ７は、円筒状の部材である。
【００１９】
ロータ７は、熱輸送媒体が流れることができる作業室１１を形成する。ひとつの作業室１１は、ロータ７の軸方向に沿って延びている。ひとつの作業室１１は、ロータ７の軸方向の両方の端面において開口している。ロータ７は、複数の作業室１１を備えることができる。複数の作業室１１は、ロータ７の回転方向に沿って配列されている。以下、ロータを、容器または素子ベッドと呼ぶ場合がある。
【００２０】
ロータ７は、磁気熱量素子１２を備える。磁気熱量素子１２は、ＭＣＥ（Magneto-Caloric Effect）素子１２とも呼ばれる。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２によって低温端と高温端とを生成する。ＭＣＥ素子１２は、低温端と高温端との間に設けられている。図示の例では、図中の右側が低温端であり、図中の左端が高温端である。
【００２１】
ＭＣＥ素子１２は、作業室１１内に、熱輸送媒体と熱交換するように配置されている。ＭＣＥ素子１２は、ロータ７に固定され、保持されている。ＭＣＥ素子１２は、熱輸送媒体の流れ方向に沿って配置されている。ＭＣＥ素子１２は、ロータ７の軸方向に沿って細長く延在している。ロータ７は、複数のＭＣＥ素子１２を備えることができる。複数のＭＣＥ素子１２は、ロータ７の回転方向に沿って互いに離れて配置されている。
【００２２】
ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱の変化に応答して発熱と吸熱とを生じる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。ＭＣＥ素子１２は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。ＭＣＥ素子１２には、外部磁場の印加により吸熱し、外部磁場の除去により発熱する素子を利用してもよい。
【００２３】
ＭＨＰ装置２は、ロータ７と対向して配置されたステータ８を有する。ステータ８は、ハウジング６の一部によって提供されている。ステータ８は、ロータ７の径方向内側および／または径方向外側に配置され、ロータ７と径方向に関して対向する部位を有する。これら径方向に関して対向する部位は、磁場変調装置を提供するために利用される。ステータ８は、ロータ７の軸方向一端および／または軸方向他端に配置され、ロータ７と軸方向に関して対向する部位を有する。これら軸方向に対向する部位は、熱輸送装置、具体的には流路切換機構を提供するために利用される。
【００２４】
ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲ(Active Magnetic Refrigeration)サイクルの素子として機能させるための磁場変調装置１４と熱輸送装置１６とを備える。磁場変調装置１４は、ロータ７と、ステータ８とによって提供される。磁場変調装置１４は、ステータ８に対するロータ７の相対的な回転運動によって磁場を周期的に増減させる。磁場変調装置１４は、回転軸２ａに与えられる回転動力によって駆動される。熱輸送装置１６は、ポンプ１７と、流路切換機構１８とを有する。流路切換機構１８は、ロータ７と、ステータ８とによって提供される。流路切換機構１８は、ステータ８に対するロータ７の相対的な回転運動によって機能する。流路切換機構１８は、熱輸送媒体の流路に対する作業室１１の接続状態を切換えることにより、作業室１１およびＭＣＥ素子１２に対する熱輸送媒体の流れ方向を反転するように切換える。
【００２５】
磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子１２を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子１２が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置１４は、後述する熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、ＭＣＥ素子１２への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置１４は、外部磁場を生成するための磁力源１３、例えば永久磁石、または電磁石を備える。
【００２６】
具体的には、磁場変調装置１４は、ひとつの作業室１１およびＭＣＥ素子１２を第１位置と第２位置とに交互に位置付ける。磁場変調装置１４は、第１位置にあるＭＣＥ素子１２を強い磁場の中に位置付ける。磁場変調装置１４は、第２位置にあるＭＣＥ素子１２を弱い磁場またはゼロ磁場の中に位置付ける。
【００２７】
磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に沿って第１方向に熱輸送媒体が流れるときに、ＭＣＥ素子１２が強い磁場の中に位置付けられるように、ＭＣＥ素子１２を第１位置に位置付ける。第１方向は、低温端から高温端に向かう方向である。磁場変調装置１４は、作業室１１の一端がポンプ１７の吸入口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吐出口に連通するときに、その作業室１１の中のＭＣＥ素子１２が強い磁場の中に置かれるようにＭＣＥ素子１２を第１位置に位置付ける。
【００２８】
磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に沿って第１方向とは反対の第２方向に熱輸送媒体が流れるときに、ＭＣＥ素子１２が弱い磁場またはゼロ磁場の中に位置付けられるように、ＭＣＥ素子１２を第２位置に位置付ける。第２方向は、高温端から低温端に向かう方向である。磁場変調装置１４は、作業室１１の一端がポンプ１７の吐出口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吸入口に連通するときに、ＭＣＥ素子１２が弱い磁場またはゼロ磁場の中に置かれるようにＭＣＥ素子１２を第２位置に位置付ける。
【００２９】
熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体と、この熱輸送媒体を流すための流体機器とを備える。熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体をＭＣＥ素子１２に沿って流す装置である。熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２に沿って熱輸送媒体を往復的に流す。熱輸送装置１６は、磁場変調装置１４による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れを発生させる。熱輸送装置１６は、磁場変調装置１４による磁場の増減に同期して熱輸送媒体の流れ方向を切換える。
【００３０】
ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置１６は、熱輸送媒体を流すためのポンプ１７を備える。ポンプ１７は、一方向に熱輸送媒体を流す一方向ポンプである。ポンプ１７は、熱輸送媒体を吸入する吸入口と、熱輸送媒体を吐出する吐出口とを有する。ポンプ１７は、熱輸送媒体の環状の流れ経路の上に配置されている。ポンプ１７は、環状の流れ経路の中に熱輸送媒体の一方向の流れを生じさせる。ポンプ１７は、回転軸２ａによって駆動される。ポンプ１７は、例えば容積型ポンプである。
【００３１】
熱輸送装置１６は、流路切換機構１８を備える。流路切換機構１８は、ひとつの作業室１１およびひとつのＭＣＥ素子１２に関する熱輸送媒体の流れ方向を反転させるように、作業室１１に対して熱輸送媒体の流路を切換える。言い換えると、流路切換機構１８は、一方向型のポンプ１７によって生成される熱輸送媒体の一方向の流れの中における作業室１１の配置を流れ方向に関して反転させる。流路切換機構１８は、ポンプ１７を含む環状の流路の中における往路と復路とにひとつの作業室１１を交互に位置付ける。流路切換機構１８は、ひとつの作業室１１およびひとつのＭＣＥ素子１２と、ポンプ１７を含む環状の流路との接続関係を少なくとも２つの状態に切換える。第１の状態は、作業室１１の一端がポンプ１７の吸入口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吐出口に連通した状態である。第２の状態は、作業室１１の一端がポンプ１７の吐出口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吸入口に連通した状態である。
【００３２】
具体的には、流路切換機構１８は、ひとつの作業室１１およびＭＣＥ素子１２を第１位置と第２位置とに交互に位置付ける。流路切換機構１８は、第１位置にあるＭＣＥ素子１２に沿って第１方向に熱輸送媒体を流すように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１を流れ経路に連通させる。流路切換機構１８は、第２位置にあるＭＣＥ素子１２に沿って第１方向とは反対の第２方向に熱輸送媒体を流すように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１を流れ経路に連通させる。流路切換機構１８は、ＭＣＥ素子１２に対して熱輸送媒体を往復的に流すように、ポンプ１７を含む熱輸送媒体の流れ経路と、ＭＣＥ素子１２、すなわち作業室１１との接続状態を切換える。
【００３３】
流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第１位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２に沿って第１方向に熱輸送媒体が流れるように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１と流路とを接続する。流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第１位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１の一端とポンプ１７の吸入口とを連通し、他端とポンプ１７の吐出口とを連通する。
【００３４】
流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第２位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２に沿って第１方向とは反対の第２方向に熱輸送媒体が流れるように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１と流路とを接続する。流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第２位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１の一端とポンプ１７の吐出口とを連通し、他端とポンプ１７の吸入口とを連通する。
【００３５】
ＭＨＰ装置２は、熱交換器３から熱輸送媒体を受け入れる高温側入口１６ａを有する。高温側入口１６ａはポンプ１７の吸入口に連通可能である。ＭＨＰ装置２は、熱交換器３へ向けて熱輸送媒体を供給する高温側出口１６ｂを有する。高温側出口１６ｂは、第１位置にある作業室１１の一端に連通可能である。ＭＨＰ装置２は、熱交換器４から熱輸送媒体を受け入れる低温側入口１６ｃを有する。低温側入口１６ｃは、第１位置にある作業室１１の他端に連通可能である。ＭＨＰ装置２は、熱交換器４へ向けて熱輸送媒体を供給する低温側出口１６ｄを有する。低温側出口１６ｄは、第２位置にある作業室１１の他端に連通可能である。第２位置にある作業室１１の一端はポンプ１７の吐出口と連通可能である。
【００３６】
ロータ７は、ＭＣＥ素子１２を保持するための素子ベッドとも呼ばれる。この実施形態では、ＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１を形成する素子ベッドが回転軸２ａと作動的に連結されている。流路切換機構１８と磁場変調装置１４との両方に関連するＭＣＥ素子１２を含む素子ベッドが回転軸２ａによって移動する。よって効率的な駆動が可能である。
【００３７】
ポンプ１７、流路切換機構１８、および磁場変調装置１４は、共通のハウジング６の中に収容されている。この構成によると、ポンプ１７を流路切換機構１８の近傍に設置することができる。このため、長い配管を要することなくポンプ１７と流路切換機構１８とが接続される。この結果、ポンプ１７を含む流れ経路の分岐があっても、熱輸送媒体の流れの差を抑制することができる。この構成では、ホースなどの配管を用いることなくハウジング６内の流路を利用できる。よって、分岐した流れ経路の間において、配管に起因する熱輸送媒体の流れの差が抑制される。
【００３８】
回転軸２ａとロータ７との間には、変速機構９が配置されている。変速機構９は、例えば遊星歯車機構によって提供される。変速機構９は、ポンプ１７のボディとステータ８との間に配置されている。変速機構９は、ポンプ１７の回転数が、流路切換機構１８および磁場変調装置１４の回転数より高くなるように回転軸２ａから伝達される回転数を調節する。この構成によると、ポンプ１７の回転数が、流路切換機構１８および磁場変調装置１４の回転数より高くなる。これにより、高回転型のポンプ１７を利用することができる。ポンプ１７が高い回転数で回転することにより、ポンプ１７の流量の増加、および／または小型のポンプ１７の利用が可能となる。
【００３９】
車両用空調装置１は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。２つの熱交換器３、４は、車両用空調装置１の一部を提供する。熱交換器３は、熱交換器４より高温になる高温側熱交換器３である。熱交換器４は、熱交換器３より低温になる低温側熱交換器４である。車両用空調装置１は、高温側熱交換器３、および／または低温側熱交換器４を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
【００４０】
車両用空調装置１は、冷房装置または暖房装置として利用される。車両用空調装置１は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を加熱する加熱器とを備えることができる。ＭＨＰ装置２は、車両用空調装置１における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、高温側熱交換器３は上記加熱器として用いることができる。また、低温側熱交換器４は上記冷却器として用いることができる。
【００４１】
ＭＨＰ装置２が温熱供給源として利用される場合、高温側熱交換器３を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。このとき、低温側熱交換器４を通過した空気は車両の室外に排出される。熱交換器３は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器４は、室外熱交換器とも呼ばれる。
【００４２】
ＭＨＰ装置２が冷熱供給源として利用される場合、低温側熱交換器４を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。このとき、高温側熱交換器３を通過した空気は車両の室外に排出される。熱交換器４は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器３は、室外熱交換器とも呼ばれる。
【００４３】
ＭＨＰ装置２は、除湿装置として利用されることもある。この場合、低温側熱交換器４を通過した空気は、その後に、高温側熱交換器３を通過し、室内に供給される。ＭＨＰ装置２は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。
【００４４】
図２に示す車両用空調装置１は、例えば、エンジンとしての電動機から車両走行用の駆動力を得る車両に搭載される空調装置である。
【００４５】
車両用空調装置１は、エンジンルーム内に配置されるＭＨＰ装置２、および、車室内に配置される室内空調ユニット２０を備えている。車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２の外部に熱輸送媒体を流すことが可能な熱輸送媒体回路を有している。以下、熱輸送媒体を冷媒と呼ぶことがある。また、熱輸送媒体回路を冷媒回路と呼ぶ場合がある。車両用空調装置１は、車室内を冷房する冷房モード、車室内を暖房する暖房モード、車室内の暖房時等に除湿を行う除湿モードの冷媒回路を切替え可能に構成されており、車室内の冷房、暖房、除湿を行うことができる。
【００４６】
室内空調ユニット２０は、例えば、車室内最前部のインストルメントパネルの内側に配置されている。室内空調ユニット２０は、その外殻を形成する空調ケース２１内に送風機２３、冷却用熱交換器２４、加熱用熱交換器２５等を収容したものである。
【００４７】
空調ケース２１は、車室内に送風される送風空気の通風路を内部に形成している。空調ケース２１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂、例えば、ポリプロピレン樹脂にて成形されている。空調ケース２１内の送風空気流れ最上流側には、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箱が配置されている。内外気切替箱は空調制御装置１００から出力される指令により内気と外気との導入割合を調節する。
【００４８】
内外気切替箱の空気流れ下流側には、内外気切替箱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２３が配置されている。送風機２３は、例えば遠心多翼ファンの一例であるシロッコ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２３は、車室内へ吹き出す風を送る室内ブロワである。送風機２３は、ヒートポンプ制御装置１０１から出力される制御電圧指令によって回転数が制御される。送風機２３は、ヒートポンプ制御装置１０１から出力される制御電圧指令によって送風量が制御される。以下、送風機２３を室内ブロワと呼ぶ場合がある。
【００４９】
空調ケース２１内の通風路において送風機２３の空気流れ下流側には、通風路を流れる空気を冷却するための冷却用熱交換器２４が配置されている。さらに、冷却用熱交換器２４の空気流れ下流側には、冷却用熱交換器２４通過後の空気を加熱するための加熱用熱交換器２５が配置されている。空調ケース２１内には、冷却用熱交換器２４をバイパスして送風空気を流すことが可能な第１バイパス通路２１Ａが形成されている。空調ケース２１内の通風路には、冷却用熱交換器２４の空気流れ上流側に、第１エアミックスドア２６が配設されている。第１エアミックスドア２６は、冷却用熱交換器２４を通過する送風空気の風量と、第１バイパス通路２１Ａを通過する送風空気の風量とを調節する配風装置である。第１エアミックスドア２６の配設位置は、冷却用熱交換器２４の空気流れ上流側に限定されない。第１エアミックスドア２６の配設位置は、冷却用熱交換器２４の空気流れ下流側であってもよい。
【００５０】
空調ケース２１内には、加熱用熱交換器２５をバイパスして送風空気を流すことが可能な第２バイパス通路２１Ｂが形成されている。空調ケース２１内の冷却用熱交換器２４よりも空気流れ下流側の通風路には、加熱用熱交換器２５の空気流れ上流側に、第２エアミックスドア２７が配設されている。第２エアミックスドア２７は、加熱用熱交換器２５を通過する送風空気の風量と、第２バイパス通路２１Ｂを通過する送風空気の風量との風量割合を調節する。第２エアミックスドア２７の配設位置は、加熱用熱交換器２５の空気流れ上流側に限定されない。第２エアミックスドア２７の配設位置は、加熱用熱交換器２５の空気流れ下流側であってもよい。
【００５１】
空調ケース２１内には、加熱用熱交換器２５を通過後の空気、第１バイパス通路２１Ａを通過後の空気、および、第２バイパス通路２１Ｂを通過後の空気を混合させる混合空間２１Ｃが形成されている。
【００５２】
空調ケース２１の送風空気流れ最下流部には、混合空間２１Ｃから空調対象空間である車室内へ温度調整された送風空気を吹き出す複数の吹出口が形成されている。複数の吹出口は、例えば、フェイス吹出口、フット吹出口、デフロスタ吹出口である。各吹出口の空気流れ上流側には、吹出口の開口面積を調整するドアが配置されて、吹出モード設定装置を構成している。吹出モード設定装置２８は、空調制御装置１００から出力される指令により吹出モードを設定する。
【００５３】
車両用空調装置１は、高温側冷媒回路４０および低温側冷媒回路５０を備えている。高温側冷媒回路４０は、ＭＨＰ装置２の高温側出口１６ｂから吐出された冷媒を、加熱用熱交換器２５の冷媒流入口２５ａに導く共に、加熱用熱交換器２５の冷媒流出口２５ｂから流出した冷媒を高温側入口１６ａに戻す冷媒循環回路である。
【００５４】
高温側出口１６ｂには、加熱用熱交換器２５の冷媒流入口２５ａが接続されている。加熱用熱交換器２５は、室内空調ユニット２０の空調ケース２１内に配置されて、その内部を流通する冷媒と、冷却用熱交換器２４通過後の送風空気とを熱交換させることで、送風空気を加熱する熱交換器である。加熱用熱交換器２５の冷媒流出口２５ｂには、電気式の第１三方弁４１が接続されている。第１三方弁４１は、ヒートポンプ制御装置１０１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流路切替装置を構成している。第１三方弁４１は、ヒートポンプ制御装置１０１からの制御信号に応じて、冷媒流出口２５ｂと高温側入口１６ａとの間を接続する冷媒回路、および冷媒流出口２５ｂと吸放熱用熱交換器６０の放熱側冷媒流入口６１ａとの間を接続する冷媒流路を切り替える。
【００５５】
吸放熱用熱交換器６０は、エンジンルーム内に配置されて、その内部を流通する冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器である。吸放熱用熱交換器６０は、加熱用熱交換器２５から流出した冷媒が流れる放熱部６１、およびＭＨＰ装置２の低温側出口１６ｄから吐出された冷媒が流れる吸熱部６２といった二つの熱交換部を有して構成されている。吸放熱用熱交換器６０には、放熱部６１および吸熱部６２への外気の流通量を調節する室外ファン６３が併設されている。
【００５６】
吸放熱用熱交換器６０の放熱部６１は、放熱側冷媒流入口６１ａから流入した冷媒と外気とを熱交換させる熱交換部である。また、吸放熱用熱交換器６０の吸熱部６２は、吸熱側冷媒流入口６２ａから流入した冷媒と外気とを熱交換させる熱交換部である。なお、放熱部６１および吸熱部６２は、吸放熱用熱交換器６０の内部において放熱部６１を流れる冷媒と吸熱部６２を流れる冷媒が混在しないように、互いに冷媒流路が独立して構成されている。吸放熱用熱交換器６０における放熱側冷媒流出口６１ｂには、ＭＨＰ装置２の高温側入口１６ａが接続されており、吸放熱用熱交換器６０にて放熱された冷媒がＭＨＰ装置２の作業室１１に戻る。
【００５７】
従って、高温側冷媒回路４０は、２つの冷媒循環回路で構成される。１つは、高温側出口１６ｂ→加熱用熱交換器２５→第１三方弁４１→高温側入口１６ａといった順に冷媒が循環する循環回路である。もう１つは、高温側出口１６ｂ→加熱用熱交換器２５→第１三方弁４１→吸放熱用熱交換器６０の放熱部６１→高温側入口１６ａといった順に冷媒が循環する循環回路である。
【００５８】
なお、高温側冷媒回路４０には、加熱用熱交換器２５と第１三方弁４１との間に、固定絞り４２を介して、高温側冷媒回路４０内の冷媒量を調整するためのリザーバタンク４３が接続されている。なお、固定絞り４２としては、オリフィスやキャピラリチューブ等を採用することができる。
【００５９】
低温側冷媒回路５０は、ＭＨＰ装置２の低温側出口１６ｄから吐出された冷媒を、冷却用熱交換器２４の冷媒流入口２４ａに導く共に、冷却用熱交換器２４の冷媒流出口２４ｂから流出した冷媒を低温側入口１６ｃに戻す冷媒循環回路である。低温側出口１６ｄには、電気式の第２三方弁５１が接続されている。第２三方弁５１は、第１三方弁４１と同様に、ヒートポンプ制御装置１０１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流路切替装置を構成している。
【００６０】
第２三方弁５１は、ヒートポンプ制御装置１０１からの制御信号に応じて、低温側出口１６ｄと吸放熱用熱交換器６０の吸熱側冷媒流入口６２ａとの間を接続する冷媒回路、および低温側出口１６ｄと電気式の第３三方弁５２との間を接続する冷媒回路を切り替える。そして、吸放熱用熱交換器６０の吸熱側冷媒流出口６２ｂ側には、第２三方弁５１を介して電気式の第３三方弁５２が接続されている。第３三方弁５２は、第１、第２三方弁４１、５１と同様に、ヒートポンプ制御装置１０１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流路切替装置を構成している。
【００６１】
第３三方弁５２は、第２三方弁５１に連動して作動するように構成されている。すなわち、第３三方弁５２は、第２三方弁５１にて低温側出口１６ｄと第３三方弁５２との間を接続する冷媒回路に切り替えられると、第２三方弁５１と冷却用熱交換器２４の冷媒流入口２４ａとの間を接続する冷媒回路に切り替える。また、第３三方弁５２は、第２三方弁５１にて低温側出口１６ｄと吸放熱用熱交換器６０の吸熱側冷媒流入口６２ａとの間を接続する冷媒回路に切り替えられると、第２三方弁５１と低温側入口１６ｃとの間を接続する冷媒回路に切り替える。
【００６２】
第３三方弁５２に接続された冷却用熱交換器２４は、室内空調ユニット２０の空調ケース２１内のうち、加熱用熱交換器２５の送風空気流れ上流側に配置されて、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熱交換器である。そして、冷却用熱交換器２４の冷媒流出口２４ｂには、低温側入口１６ｃが接続されている。
【００６３】
このように、低温側冷媒回路５０は、２つの冷媒循環回路で構成される。１つは、低温側出口１６ｄ→第２三方弁５１→第３三方弁５２→冷却用熱交換器２４→低温側入口１６ｃといった順に冷媒が循環する循環回路である。もう１つは、低温側出口１６ｄ→吸放熱用熱交換器６０の吸熱部６２→第２三方弁５１→第３三方弁５２→低温側入口１６ｃといった順に冷媒が循環する循環回路である。
【００６４】
第２三方弁５１と第３三方弁５２とは、連動して作動しなくてもよい。上記２つの冷媒循環回路に加え、低温側出口１６ｄ→吸放熱用熱交換器６０の吸熱部６２→第２三方弁５１→第３三方弁５２→冷却用熱交換器２４→低温側入口１６ｃといった順に冷媒が循環する循環回路を構成するものであってもよい。
【００６５】
なお、低温側冷媒回路５０には、第２三方弁５１と第３三方弁５２との間に、固定絞り５３を介して、低温側冷媒回路５０内の冷媒量を調整するためのリザーバタンク５４が接続されている。なお、固定絞り５３としては、オリフィスやキャピラリチューブ等を採用することができる。
【００６６】
図２に示すように、ＭＨＰ装置２の高温側出口１６ｂには、高温側出口１６ｂから流出する熱輸送媒体の温度を検出する温度センサ９４が設けられている。温度センサ９４は、作業室１１の高温端から流出し加熱用熱交換器２５または放熱部６１で熱交換する前の熱輸送媒体の温度Ｔｈ１を検出する。温度センサ９４は、高温端温度検出装置である。ＭＨＰ装置２の高温側入口１６ａには、高温側入口１６ａへ流入する熱輸送媒体の温度を検出する温度センサ９５が設けられている。温度センサ９５は、加熱用熱交換器２５または放熱部６１で熱交換した後に作業室１１の高温端へ戻る熱輸送媒体の温度Ｔｈ２を検出する。温度センサ９４、９５は、高温側熱交換器３で被加熱流体と熱交換する前後の熱輸送媒体の温度をそれぞれ検出する一対の高温側温度センサである。一対の高温側温度センサは、高温側熱交換器３で被加熱流体と熱交換する前後の熱輸送媒体の温度差を検出する温度差検出装置である。
【００６７】
ＭＨＰ装置２の低温側出口１６ｄには、低温側出口１６ｄから流出する熱輸送媒体の温度を検出する温度センサ９６が設けられている。温度センサ９６は、作業室１１の低温端から流出し冷却用熱交換器２４または吸熱部６２で熱交換する前の熱輸送媒体の温度Ｔｃ１を検出する。温度センサ９６は、低温端温度検出装置である。ＭＨＰ装置２の低温側入口１６ｃには、低温側入口１６ｃへ流入する熱輸送媒体の温度を検出する温度センサ９７が設けられている。温度センサ９７は、冷却用熱交換器２４または吸熱部６２で熱交換した後に作業室１１の低温端へ戻る熱輸送媒体の温度Ｔｃ２を検出する。温度センサ９６、９７は、低温側熱交換器４で被冷却流体と熱交換する前後の熱輸送媒体の温度をそれぞれ検出する一対の低温側温度センサである。一対の低温側温度センサは、低温側熱交換器４で被冷却流体と熱交換する前後の熱輸送媒体の温度差を検出する温度差検出装置である。
【００６８】
図３に示すように、車両用空調装置１の制御系は、空調制御装置１００およびヒートポンプ制御装置１０１を有する。空調制御装置１００は、ヒートポンプ制御装置１０１の上位制御装置である。空調制御装置１００は、ヒートポンプ制御装置１０１に対して各種指令や情報を出力する。車両用空調装置１の制御系は、２つの制御装置を有するものに限らない。例えば制御装置は１つであってもかまわない。以下、空調制御装置をＡＣＥＣＵ、ヒートポンプ制御装置をＨＰＥＣＵと呼ぶ場合がある。
【００６９】
空調制御装置１００およびヒートポンプ制御装置１０１は、いずれも、ＣＰＵ、ＲＯＭおよび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る。空調制御装置１００の入力側には、内気温センサ９１、外気温センサ９２、日射センサ９３および操作パネル９０が接続している。内気温センサ９１は、車室内の空気温度情報を出力する。外気温センサ９２は、車室外の空気温度情報を出力する。日射センサ９３は、車室内への日射量情報を出力する。操作パネル９０は、車室内前部の計器盤付近に配置されており、操作パネル９０に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が空調制御装置１００に入力される。操作パネル９０には、車両用空調装置１の作動スイッチ、オートスイッチ、空調運転モードの設定スイッチ、車室内温度の設定スイッチ等が設けられている。
【００７０】
空調制御装置１００は、ＲＯＭ内に記憶された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内外気切替箱２２、吹出モード設定装置２８等の作動を制御する。また、空調制御装置１００は、ヒートポンプ制御装置１０１に対して、指令信号等を出力する。
【００７１】
ヒートポンプ制御装置１０１の入力側には、温度センサ９４〜９７が接続している。温度センサ９４〜９７は、それぞれが検出した熱輸送媒体の温度Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｃ１、Ｔｃ２情報信号を出力する。ヒートポンプ制御装置１０１は、空調制御装置１００からの指令信号等や温度センサ９４〜９７からの入力信号等に基づいて、ＲＯＭ内に記憶された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制御を行なう。出力側に接続された機器は、動力源５、第１〜第３三方弁４１、５１、５２、送風機２３、室外ファン６３、および、第１、第２エアミックスドア２６、２７である。
【００７２】
車両用空調装置１では、操作パネル９０からの空調運転モードの設定スイッチ情報、または空調制御装置１００の制御処理の少なくともいずれかに基づいて、ヒートポンプ制御装置１０１は、空調運転モードを設定する。ヒートポンプ制御装置１０１が設定する空調運転モードは、冷房運転モード、暖房運転モード、除湿運転モード等である。
【００７３】
冷房運転モードでは、ヒートポンプ制御装置１０１からの制御信号により、高温側冷媒回路４０において、第１三方弁４１が加熱用熱交換器２５の冷媒流出口２５ｂと吸放熱用熱交換器６０の放熱側冷媒流入口６１ａとを接続する冷媒回路に切り替える。また、低温側冷媒回路５０において、第２三方弁５１が低温側出口１６ｄと第３三方弁５２とを接続する冷媒回路に切り替えると共に、第３三方弁５２が第２三方弁５１と冷却用熱交換器２４の冷媒流入口２４ａとを接続する冷媒回路に切り替える。また、第２エアミックスドア２７が加熱用熱交換器２５側を閉塞し、加熱用熱交換器２５における放熱を抑止する。
【００７４】
これにより、冷房運転モードでは、吸放熱用熱交換器６０の放熱部６１が高温側熱交換器３として機能し、冷却用熱交換器２４が低温側熱交換器４として機能する。冷房運転モードでは、ＭＨＰ装置２を介して、冷却用熱交換器２４から放熱部６１への熱量の輸送が行なわれる。冷房運転モードでは、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の低温端からの冷熱出力を用いて、冷却用熱交換器２４で被冷却流体である送風空気を冷却する。また、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の高温端からの温熱出力を用いて、放熱部６１で被加熱流体である外気風を加熱する。
【００７５】
暖房運転モードでは、ヒートポンプ制御装置１０１からの制御信号により、高温側冷媒回路４０において、第１三方弁４１が冷媒流出口２５ｂと高温側入口１６ａとを接続する冷媒回路に切り替える。また、低温側冷媒回路５０において、第２三方弁５１が低温側出口１６ｄと吸放熱用熱交換器６０の吸熱側冷媒流入口６２ａとを接続する冷媒回路に切り替えると共に、第３三方弁５２が第２三方弁５１と低温側入口１６ｃとを接続する冷媒回路に切り替える。
【００７６】
これにより、暖房運転モードでは、加熱用熱交換器２５が高温側熱交換器３として機能し、吸放熱用熱交換器６０の吸熱部６２が低温側熱交換器４として機能する。暖房運転モードでは、ＭＨＰ装置２を介して、吸熱部６２から加熱用熱交換器２５への熱量の輸送が行なわれる。暖房運転モードでは、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の高温端からの温熱出力を用いて、加熱用熱交換器２５で被加熱流体である送風空気を加熱する。また、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の低温端からの冷熱出力を用いて、吸熱部６２で被冷却流体である外気風を冷却する。
【００７７】
また、除湿運転モードでは、ヒートポンプ制御装置１０１からの制御信号により、高温側冷媒回路４０において、第１三方弁４１が冷媒流出口２５ｂと高温側入口１６ａとを接続する冷媒回路に切り替える。また、低温側冷媒回路５０において、第２三方弁５１が低温側出口１６ｄと第３三方弁５２とを接続する冷媒回路に切り替えると共に、第３三方弁５２が第２三方弁５１と冷媒流入口２４ａとを接続する冷媒回路に切り替える。
【００７８】
これにより、除湿運転モードでは、加熱用熱交換器２５が高温側熱交換器３として機能し、冷却用熱交換器２４が低温側熱交換器４として機能する。除湿運転モードでは、ＭＨＰ装置２を介して、冷却用熱交換器２４から加熱用熱交換器２５への熱量の輸送が行なわれる。除湿運転モードでは、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の低温端からの冷熱出力を用いて、冷却用熱交換器２４で被冷却流体である送風空気を冷却する。また、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の高温端からの温熱出力を用いて、加熱用熱交換器２５で被加熱流体である送風空気を加熱する。
【００７９】
なお、除湿を行ないつつ暖房を行なう除湿暖房運転モードでは、ヒートポンプ制御装置１０１からの制御信号により、高温側冷媒回路４０において、第１三方弁４１が冷媒流出口２５ｂと高温側入口１６ａとを接続する冷媒回路に切り替える。また、低温側冷媒回路５０において、第２三方弁５１が低温側出口１６ｄと吸放熱用熱交換器６０の吸熱側冷媒流入口６２ａとを接続する冷媒回路に切り替えると共に、第３三方弁５２が第２三方弁５１と冷媒流入口２４ａとを接続する冷媒回路に切り替える。
【００８０】
これにより、除湿暖房運転モードでは、加熱用熱交換器２５が高温側熱交換器３として機能し、冷却用熱交換器２４および吸熱部６２が低温側熱交換器４として機能する。除湿暖房運転モードでは、ＭＨＰ装置２を介して、冷却用熱交換器２４および吸熱部６２から加熱用熱交換器２５への熱量の輸送が行なわれる。除湿暖房運転モードでは、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の低温端からの冷熱出力を用いて、冷却用熱交換器２４で被冷却流体である送風空気を冷却すると共に、吸熱部６２で被冷却流体である外気風を冷却する。また、作業室１１からの熱出力のうち、作業室１１の高温端からの温熱出力を用いて、加熱用熱交換器２５で被加熱流体である送風空気を加熱する。
【００８１】
このように、車両用空調装置１では、各運転モードにおいて、ＭＨＰ装置２の作業室１１の高温端側で得られる温熱および低温端側で得られる冷熱を利用して、車室内を空調することができる。
【００８２】
空調制御装置１００は、例えば、操作パネル９０のオートスイッチがオンされ、自動空調を行なうオートモードが設定されているときには、各種センサや設定スイッチ等からの入力情報に基づいて、制御目標値を決定する。例えば、空調制御装置１００は、操作パネル９０の温度設定スイッチの設定状態から設定温度Ｔｓｅｔ信号を入力する。また、空調制御装置１００は、内気温センサ９１から内気温Ｔｒ信号を、外気温センサ９２から外気温Ｔａｍ信号を、日射センサ９３から日射量情報Ｔｓ信号を入力する。日射量情報Ｔｓは、日射熱負荷による温度上昇分に相当する温度情報である。空調制御装置１００は、これらの入力情報に基づいて、車室内へ吹き出す空気温度の目標値である目標吹出温度ＴＡＯ、車室内へ吹き出す風量の目標値である目標吹出風量ＢＬＯ、および、ＭＨＰ装置２からの熱出力の目標値である目標熱出力ＱＯを決定する。
【００８３】
これらの３つの制御目標値は、２つの制御目標値を決定すれば、残りの１つの制御目標値は自ずと決まる値である。したがって、空調制御装置１００は、下位制御装置であるヒートポンプ制御装置１０１に対して、２つの制御目標値を指令値として出力する。また、ＭＨＰ装置２の能力限界等により、２つの制御目標値が同時に達成できない場合に対応するため、２つの制御目標値の達成優先度としての優先パラメータも出力する。また、空調制御装置１００は、入力情報のうち、ヒートポンプ制御装置１０１がＭＨＰ装置２の運転制御等に必要とする情報も出力する。
【００８４】
なお、空調制御装置１００は、例えば算出した目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、内外気切替箱２２の作動制御、および、吹出モード設定装置２８の作動制御を行なう。操作パネル９０において内外気導入モードや吹出モードが手動設定されている場合には、空調制御装置１００は、目標吹出温度ＴＡＯによらず、手動設定されたスイッチの設定状態に応じたモードを設定する。
【００８５】
ヒートポンプ制御装置１０１は、上位制御装置である空調制御装置１００から指令値等の情報を入力する。また、ヒートポンプ制御装置１０１は、温度センサ９４〜９７から熱輸送媒体の温度情報を入力する。ヒートポンプ制御装置１０１は、これらの入力情報に加え、ＲＯＭ等からなる記憶部１０２に予め記憶された熱出力の特性情報に基づいて、制御対象機器を制御する。
【００８６】
記憶部１０２には、例えば、図６に示す作業室１１の高低温端の温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報が記憶されている。作業室１１の高温端と低温端との温度差は、磁気熱量効果材料からなるＭＣＥ素子１２の高温端と低温端との温度差である。図６に示すように、動力源であるモータ５の回転数の増減に応じて熱出力Ｑも増減する。モータ５の回転数が増加すると、磁場変調装置１４と流路切換機構１８とによるヒートポンプの動作サイクル周波数が増大するとともに、動作サイクル周波数の増大に比例して増大するポンプ１７による熱輸送媒体流量が増大し、熱出力Ｑが増加する。
【００８７】
モータ５の回転数が同一である場合には、温度差ΔＴｂが変化するにつれて熱出力Ｑも変化する。図６に示す熱出力特性例では、モータ５の各回転数において、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが増大する領域と温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが減少する領域とがある。図６の特性曲線の頂点より図示右側において、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する領域が本実施形態の第１特性領域に相当する。また、特性曲線の頂点より図示左側において、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する領域が本実施形態の第２特性領域に相当する。
【００８８】
温度差ΔＴｂに応じて熱出力Ｑが変化する理由を以下に述べる。キュリー温度が異なる磁気熱量効果材料をカスケード配置してＭＣＥ素子１２を構成した場合に、図７に示すように、理想的温度差ΔＴｂｄにおいて各材料要素が最大の性能を発揮する設計がなされる。理想的温度差ΔＴｂｄは、設計温度差と呼ぶことができる。例えば図８に示すように、温度差ΔＴｂが理想的温度差ΔＴｂｄよりも小さい場合には、各材料要素が充分に性能を発揮しない。設計上の理想的温度差ΔＴｂｄは、理想的高温端温度Ｔｈｄと理想的低温端温度Ｔｃｄとの差である。図６では、図示する特性曲線のうち、運転効率が最も良好な特性曲線において、作業室１１の両端の温度差が理想的温度差ΔＴｂｄであるときに、熱出力Ｑが最大になることを示している。図示した例では、モータ５が許容最大回転数の９０％回転数で回転したときの特性曲線が、運転効率が最も良好な特性曲線である。図６からも明らかなように、熱出力Ｑが最大となる温度差ΔＴｂ、すなわち特性曲線の頂点は、モータ５の回転数が異なる特性曲線では互いに異なる。熱出力Ｑが最大となる温度差ΔＴｂは、モータ５の回転数の上昇にしたがって漸次上昇する。
【００８９】
図からも明らかなように、熱出力Ｑを大きくするためには、温度差ΔＴｂを理想的温度差ΔＴｂｄに近づける制御が求められる。熱出力Ｑを効率よく得るためには、温度差ΔＴｂを、理想的温度差ΔＴｂｄを中心としたカスケード好適作動域に設定することが好ましい。図６に例示するような熱出力特性マップを、記憶部１０２は予め記憶している。記憶部１０２に記憶する熱出力の特性情報は、図６に例示した特性マップに限定されるものではない。例えば、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する第１特性領域と、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する第２特性領域とを、モータ５の回転数毎にデータとして記憶し、熱出力Ｑ値は記憶していなくてもよい。また、モータ５の複数の回転数に対応した第１特性領域と第２特性領域とを記憶し、記憶していない回転数に関しては、記憶データから補間算出するものであってもよい。
【００９０】
以下、車両用空調装置１が暖房運転モードに設定されたときのヒートポンプ制御装置１０１の制御動作について説明する。ここでは、空調制御装置１００からヒートポンプ制御装置１０１に対して、目標吹出風量ＢＬＯ、目標熱出力ＱＯ、および優先パラメータが指令された場合を例に説明する。また、空調制御装置１００からヒートポンプ制御装置１０１へは、内気温Ｔｒおよび外気温Ｔａｍも出力される。
【００９１】
ヒートポンプ制御装置１０１は、空調制御装置１００から暖房運転の開始指令を入力すると、図４に示すように、まず、ステップ１１０においてブロワフラグを０に設定する。ブロワフラグは、送風機２３に対する指令出力値である送風量ＢＬが目標吹出風量ＢＬＯに基づくものであるか否かにより設定される。送風機２３の送風量が目標吹出風量ＢＬＯと一致するように制御している場合には、ブロワフラグは０に設定される。一方、目標吹出風量ＢＬＯに係らず送風機２３の送風量を所定量に制御している場合には、ブロワフラグは１に設定される。
【００９２】
ヒートポンプ制御装置１０１は、暖房運転を開始する際には、第１エアミックスドア２６を、第１バイパス通路２１Ａを全閉にして、冷却用熱交換器２４側を全開にする位置に設定する。また、第２エアミックスドア２７を、第２バイパス通路２１Ｂを全閉にして、加熱用熱交換器２５側を全開にする位置に設定する。
【００９３】
ステップ１１０を実行したら、ヒートポンプ制御装置１０１は、ステップ１１１において温度情報を取得する。ステップ１１１では、空調制御装置１００から内気温Ｔｒ、外気温Ｔａｍを取得するとともに、温度センサ９４、９６から熱輸送媒体の温度Ｔｈ１、Ｔｃ１を取得する。
【００９４】
ステップ１１１を実行したら、ステップ１１２において、温度Ｔｈ１と内気温Ｔｒとの比較および温度Ｔｃ１と外気温Ｔａｍとの比較を行なう。ステップ１１２では、温度Ｔｈ１が内気温Ｔｒよりも高く、かつ、温度Ｔｃ１が外気温Ｔａｍよりも低いか否かを判断する。ステップ１１２では、温度Ｔｈ１と内気温Ｔｒとの温度関係が、加熱用熱交換器２５で熱輸送媒体から送風空気へ放熱可能な関係であるか否かを判断する。また、温度Ｔｃ１と外気温Ｔａｍとの温度関係が、吸熱部６２で外気風から熱輸送媒体へ吸熱可能な関係であるか否かを判断する。
【００９５】
ステップ１１２においてＮＯと判断した場合には、ステップ１１３へ進む。ステップ１１３では、動力源５の回転数を例えば効率に基づく所定値に設定する。本例では、運転効率が最も良好な許容最大回転数の９０％回転数に設定する。また、室内ブロワ２３の送風量ＢＬを０とする。また、吸熱部６２への外気通風量ＦＮが標準レベルとなるように、室外ファン６３を制御する。標準レベルとは、例えば、図９に示すような、最大外気通風量よりも小さい所定風量である。図９に示すように、作業室１１の低温端の熱輸送媒体の温度が外気温Ｔａｍよりも低い場合には、室外熱交換器をなす低温側熱交換器４である吸熱部６２への通風量を増加させるにしたがって、室外熱交換器での熱交換量が増加する。車両の走行等により走行風が吸熱部６２を通過する場合には、この走行風の風量を加味して室外ファン６３の制御を行なう。したがって、走行に伴い充分な外気通風量が確保できる場合には、室外ファン６３の作動は不要である。さらに、ステップ１１３では、第２エアミックスドア２７を、加熱用熱交換器２５側を全開とする位置に制御する。そして、ブロワフラグを０に設定する。
【００９６】
ステップ１１３を実行したら、ステップ１１１へリターンする。暖房運転を開始した直後に、ステップ１１２でＹＥＳと判定するまでステップ１１１〜１１３を繰り返し実行する制御は、起動時運転制御である。この起動時運転制御では、作業室１１の高温端温度の上昇を助け、ヒートポンプの起動速度を上げる。暖房運転を開始した時点では、図１１の左部に示すように、内気温Ｔｒと外気温Ｔａｍとに温度差はあるものの、ＭＨＰ装置２は外気環境下にあるため、作業室１１高温端の温度Ｔｈ１、作業室１１低温端の温度Ｔｃ１は、ともに、ほぼ外気温Ｔａｍと同一である。このような状態から、モータ５を駆動しつつ、室内熱交換器である加熱用熱交換器２５への通風を行なわず、室外熱交換器である吸熱部６２への通風を行なうことで、図１１の右部に示す温度関係を形成することができる。室内熱交換器での熱交換を禁止しつつ、室外熱交換器での熱交換を行なうことで、高温端の温度Ｔｈ１を確実に上昇させて内気温Ｔｒ以上とする。これにより、室内ブロワ２３を運転して送風を行なった際に、車室内への送風空気を加熱することが可能になる。
【００９７】
ステップ１１３は、磁場変調装置１４および熱輸送装置１６を起動して通常の暖房運転である定常運転に至るまでの起動時運転を行なう起動時運転部である。ステップ１１３は、室外側二次流体である外気風の流通を室外熱交換器に行ないつつ、室内熱交換器に対して室内側二次流体である車室内への送風空気の流通を停止する。ステップ１１３では、室内側二次流体の流量を０にするのではなく、室内側二次流体の流量を定常運転のときよりも小さくなるように抑制するものであってもよい。
【００９８】
ステップ１１２では、温度Ｔｈ１が内気温Ｔｒよりも高く、かつ、温度Ｔｃ１が外気温Ｔａｍよりも低いか否かを判断していたが、これに限定されるものではない。起動時運転としてステップ１１３を継続して実行すると、一般的に、定常運転を開始可能な図１１右部の温度関係が形成される。したがって、高低温端の温度差ΔＴｂが、室内外気の温度差ΔＴｒａよりも大きくなった場合に、ステップ１１２でＹＥＳと判断して、起動時運転から定常運転への移行を行なってもよい。また、ステップ１１２では、温度Ｔｈ１が内気温Ｔｒよりも高いか否かを判断するだけであってもよい。
【００９９】
ステップ１１２でＹＥＳと判断したら、ステップ１１４へ進む。ステップ１１２でＹＥＳと判断することは、作業室１１の高温端と低温端との温度差ΔＴｂが増大して、図１２に太線矢印で示すように内気温と外気温との温度差ΔＴｒａよりも大きくなったということである。すなわち、作業室１１の両端の温度差ΔＴｂが、比較的大きな熱出力Ｑが得られる領域に入ったということである。
【０１００】
ステップ１１２は、起動時運転部であるステップ１１３で起動時運転を行ない、温度差ΔＴｂが室内側二次流体と室外側二次流体との温度差ΔＴｒａよりも大きくなった場合に、起動時運転から定常運転への移行を行なう運転移行部に相当する。
【０１０１】
ステップ１１４では、ブロワフラグが０であるか否かを判断する。ステップ１１４においてブロワフラグが０であると判断した場合には、ステップ１１５で室内ブロワ２３の送風量ＢＬを目標吹出風量ＢＬＯとし、ステップ１１６へ進む。ステップ１１４においてブロワフラグが０ではなく１であると判断した場合には、ステップ１１５をパスして、ステップ１１６へ進む。
【０１０２】
ステップ１１６では、各種情報を取得する。ステップ１１６では、温度センサ９４、９５から熱輸送媒体の温度Ｔｈ１、Ｔｈ２を取得するとともに、空調制御装置１００から目標熱出力ＱＯを取得する。また、モータ５の回転数とポンプ１７の吐出流量特性とから熱輸送媒体の循環流量を算出して取得する。
【０１０３】
ステップ１１６を実行したら、ステップ１１７へ進み、実熱出力である熱出力Ｑを算出する。ステップ１１７では、加熱用熱交換器２５で送風空気と熱交換する前の熱輸送媒体の温度Ｔｈ１と熱交換した後の温度Ｔｈ２との温度差と、加熱用熱交換器２５を通過する熱輸送媒体の流量とから、加熱用熱交換器２５における温熱出力である熱出力Ｑを算出する。
【０１０４】
ステップ１１７を実行したら、ステップ１１８へ進み、ステップ１１７で算出した熱出力Ｑと、ステップ１１６で取得した目標熱出力ＱＯとを比較する。ステップ１１８において、熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯと一致していると判断した場合には、ステップ１１１へリターンする。ステップ１１８において、熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯよりも大きいと判断した場合には、ステップ１１９へ進む。
【０１０５】
ステップ１１９では、ブロワフラグを０に設定する。また、吸熱部６２への外気通風量ＦＮが標準レベルとなるように、室外ファン６３を制御する。さらに、加熱用熱交換器２５側を全開とする位置に第２エアミックスドア２７を制御する。ステップ１１９を実行したら、ステップ１２０へ進む。ステップ１２０では、モータ５の回転数を予め定めた１レベル低下させる。ステップ１２０を実行したらステップ１１１へリターンする。
【０１０６】
ステップ１１８において、熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯよりも小さいと判断した場合には、図５に示すステップ１２１へ進む。ステップ１２１では、モータ５の回転数が許容最大回転数であるか否かを判断する。ステップ１２１においてモータ５の回転数が許容最大回転数でないと判断した場合には、ステップ１２２へ進み、モータ５の回転数を予め定めた１レベル増大させる。ステップ１２２を実行したら、ステップ１１１へリターンする。
【０１０７】
ステップ１１２で初めてＹＥＳと判断して、起動時運転から定常運転へ移行すると、室内ブロワ２３により送風量ＢＬを目標吹出風量ＢＬＯとする送風が行なわれ、図１３に太線矢印で示すように、熱出力Ｑが行なわれる。そして、ステップ１１８での判断以降、ステップ１２０、１２２におけるモータ５の回転数の増減により、図１３に示す目標吹出風量ＢＬＯと一致した送風量ＢＬの特性線上において熱出力Ｑを目標熱出力ＱＯに一致させる制御が行なわれる。
【０１０８】
図１０に示すように、作業室１１の高温端の熱輸送媒体の温度が内気温Ｔｒよりも高い場合には、室内熱交換器をなす高温側熱交換器３である加熱用熱交換器２５への通風量を増加させるにしたがって、室内熱交換器での熱交換量である熱出力Ｑが増加する。また、加熱用熱交換器２５への通風量が同一である場合には、加熱用熱交換器２５へ流入する熱輸送媒体の温度Ｔｈ１と内気温Ｔｒとの差が大きくなるにしたがって、熱出力Ｑが増加する。熱輸送媒体の温度Ｔｈ１の内気温Ｔｒからの高温側への乖離が大きくなると、温度差ΔＴｒａに対して温度差ΔＴｂが大きくなる。これにより、送風量ＢＬが変化せず加熱用熱交換器２５への通風量が同一である場合には、モータ５の回転数に応じて、図１３に示す傾斜した送風量ＢＬの特性線上で熱出力Ｑが調整される。
【０１０９】
ステップ１２１においてモータ５の回転数が許容最大回転数であると判断した場合には、モータ５の回転数上昇による熱出力Ｑの増加は困難であるので、ステップ１２３へ進む。ステップ１２３では、温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報を取得する。ステップ１２３は、本実施形態における特性情報取得部である。ステップ１２３では、記憶部１０２が記憶する特性情報から、モータ５が許容最大回転数で回転するときの特性曲線、または、モータ５の許容最大回転数に対応した第１特性領域と第２特性領域とに関する特性情報を取得する。ステップ１２３を実行したら、ステップ１２４へ進む。
【０１１０】
ステップ１２４では、ステップ１１１で取得した温度Ｔｈ１と温度Ｔｃ１とから算出された現時点の温度差ΔＴｂが、ステップ１２３で取得した特性情報においていずれの特性領域にあるかを判断する。ステップ１２４では、温度差ΔＴｂが、特性曲線において右下がりとなる第１特性領域にあるか、特性曲線において右上がりとなる第２特性領域にあるか、特性曲線における最大熱出力点である頂点にあるかを判断する。第１特性領域は、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する領域である。第２特性領域は、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する領域である。
【０１１１】
ステップ１２４において、温度差ΔＴｂが特性曲線の頂点にあると判断した場合には、更なる熱出力の上昇は困難であるので、ステップ１１１へリターンする。ステップ１２４において、温度差ΔＴｂが、特性曲線の右上がり領域である第２特性領域にあると判断した場合には、ステップ１２５へ進み、温度情報を取得する。ステップ１２５では、温度センサ９６が検出した温度Ｔｃ１と、モータ５が許容最大回転数で回転するときの設計上の理想的低温端温度Ｔｃｄとを取得する。理想的低温端温度Ｔｃｄは、設計低温端温度と呼ぶことができる。ステップ１２５を取得したら、ステップ１２６へ進む。
【０１１２】
ステップ１２６では、ステップ１２５で取得した温度Ｔｃ１が理想的低温端温度Ｔｃｄよりも高いか否かを判断する。ステップ１２６において、温度Ｔｃ１が理想的低温端温度Ｔｃｄ以下であると判断した場合には、ステップ１２７へ進む。ステップ１２７では、第２エアミックスドア２７を、加熱用熱交換器２５側へ１レベル開度を変更するように移動させる。すなわち、第２エアミックスドア２７により、１レベル加熱用熱交換器２５側の開度を絞り、１レベル第２バイパス通路２１Ｂ側の開度を開く。ステップ１２７を実行したら、ステップ１１１へリターンする。
【０１１３】
ステップ１２６で温度Ｔｃ１が理想的低温端温度Ｔｃｄ以下であると判断した場合には、低温端の熱輸送媒体の温度が設計値である理想的温度に達している。そのため、高温端の熱輸送媒体の温度を上げることで温度差ΔＴｂを上昇させて、熱出力Ｑを上昇させることが好ましい。そこで、ステップ１２７では、第２エアミックスドア２７で加熱用熱交換器２５側の開度を絞り、加熱用熱交換器２５を通過する被加熱流体である送風空気の通過風量を減少させて、熱交換を抑制することで高温端の熱輸送媒体温度を上昇させる。加熱用熱交換器２５の通過風量の減少分は、第２バイパス通路２１Ｂを流れ、混合空間２１Ｃで加熱用熱交換器２５を通過後の温風と混合される。このとき、送風量ＢＬは目標吹出風量ＢＬＯとしたままであるので、車室内へ吹き出す風量は変化しない。ステップ１２７を実行すると、図１４に太線矢印で示すように熱出力Ｑが上昇する。
【０１１４】
ステップ１２６において、温度Ｔｃ１が理想的低温端温度Ｔｃｄよりも高いと判断した場合には、ステップ１２８へ進む。ステップ１２８では、室外ファン６３を制御して吸熱部６２への外気通風量ＦＮを１レベル減少させる。ステップ１２８を実行したら、ステップ１１１へリターンする。
【０１１５】
ステップ１２６で温度Ｔｃ１が理想的低温端温度Ｔｃｄより高いと判断した場合には、低温端の熱輸送媒体の温度を下げることで温度差ΔＴｂを上昇させて、熱出力Ｑを上昇させることが好ましい。そこで、ステップ１２８では、吸熱部６２への外気通風量ＦＮを減少させて、熱交換を抑制することで低温端の熱輸送媒体温度を低下させる。ステップ１２８を実行すると、図１５に太線矢印で示すように熱出力Ｑが上昇する。なお、ステップ１２８において、室外ファン６３が回転を停止しており外気通風量ＦＮを減少させることができない場合には、代わりにステップ１２７を実行して熱出力Ｑを上昇させることができる。
【０１１６】
ステップ１２４において、温度差ΔＴｂが、特性曲線の右下がり領域である第１特性領域にあると判断した場合には、ステップ１２９へ進む。ステップ１２９では、室外ファン６３の作動による吸熱部６２への外気通風量ＦＮが許容限界である最大量であるか否かを判断する。ステップ１２９において外気通風量ＦＮが最大量でないと判断した場合には、ステップ１３０へ進み、室外ファン６３を制御して吸熱部６２への外気通風量ＦＮを１レベル増加させる。ステップ１３０を実行したら、ステップ１１１へリターンする。
【０１１７】
ステップ１２９において外気通風量ＦＮが最大量に到達していないと判断した場合には、吸熱部６２への外気通風量ＦＮを増加させて、熱交換を促進させることで低温端の熱輸送媒体温度を上昇させる。ステップ１３０を実行すると、低温端の熱輸送媒体温度の上昇によって温度差ΔＴｂが低下して、図１６に太線矢印で示すように熱出力Ｑが上昇する。
【０１１８】
ステップ１２９において外気通風量ＦＮが最大量であると判断した場合には、外気通風量ＦＮの増加による熱出力Ｑの増加は困難である。ステップ１２９において外気通風量ＦＮが最大量であると判断した場合には、ステップ１３１へ進む。ステップ１３１では、空調制御装置１００から入力した優先パラメータが、目標吹出風量ＢＬＯ、目標熱出力ＱＯのいずれであるかを判断する。
【０１１９】
ステップ１３１において、優先パラメータが目標吹出風量ＢＬＯであると判断した場合には、ステップ１１１へリターンする。優先パラメータが目標吹出風量ＢＬＯである場合には、送風量ＢＬを目標吹出風量ＢＬＯよりも大きくして熱出力Ｑを上昇することが許可されないので、熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯに達していなくても、ステップ１１１へリターンする。
【０１２０】
ステップ１３１において、優先パラメータが目標熱出力ＱＯであると判断した場合には、ステップ１３２へ進む。ステップ１３２では、送風量ＢＬが許容限界である最大量であるか否かを判断する。ステップ１３２において、送風量ＢＬが最大量であると判断した場合には、送風量ＢＬを増加できないので、熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯに達していなくても、ステップ１１１へリターンする。
【０１２１】
ステップ１３２において、送風量ＢＬが最大量でないと判断した場合には、ステップ１３３へ進む。ステップ１３３では、室内ブロワ２３による送風量ＢＬを予め定めた１レベル増加させるとともに、ブロワフラグを１に設定する。ステップ１３３では、優先パラメータが目標熱出力ＱＯであるので、送風量ＢＬが目標吹出風量ＢＬＯを超えても送風量ＢＬを増加させて、加熱用熱交換器２５を通過する通風量を増加させる。加熱用熱交換器２５の通過風量を増加させると、熱交換が促進されて高温端の熱輸送媒体温度が低下して温度差ΔＴｂが低下し、図１７に太線矢印で示すように熱出力Ｑが上昇する。ステップ１３３を実行したら、ステップ１１１へリターンする。
【０１２２】
暖房運転モード時においては、送風機２３および第２エアミックスドア２７が、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置である。また、室外ファン６３が、低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置である。ステップ１２７、１２８、１３０、１３３は、本実施形態における流通量制御部に相当する。ステップ１２７、１２８、１３０、１３３が実行されると、熱出力Ｑが増大する方向へ温度差ΔＴｂが変化するように、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかが変更される。
【０１２３】
ステップ１３０およびステップ１３３は、第１特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断した場合に、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを増加させる流通量増加部に相当する。また、ステップ１２７およびステップ１２８は、第２特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断した場合に、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを減少させる流通量減少部に相当する。
【０１２４】
ここで、空調制御装置１００からの指令値が変更になった場合の作動について説明する。上述した制御動作により車室内の暖房を行なっていると、一般的に内気温Ｔｒが上昇して、目標吹出風量ＢＬＯおよび目標熱出力ＱＯが共に低下される。このような場合には、まず、送風量ＢＬを新しい目標吹出風量ＢＬＯに一致するように変更する。その後、熱出力Ｑが新たな目標熱出力ＱＯよりも大きいと判断され、モータ５の回転数を低下させる。モータ５の回転数は、熱出力Ｑが新たな目標熱出力ＱＯと一致するように調整される。
【０１２５】
例えば、図１８に太線矢印で示すように、まず、室内ブロワ２３の送風量ＢＬを新たな目標吹出風量ＢＬＯに一致させる変更をした後に、新たな目標吹出風量ＢＬＯと一致した送風量ＢＬの特性線上において熱出力Ｑを目標熱出力ＱＯに一致させる制御が行なわれる。
【０１２６】
以上、車両用空調装置１が暖房運転モードに設定されたときのヒートポンプ制御装置１０１の制御動作について説明したが、同様の技術的思想を有する制御動作を暖房運転モード以外の他の運転モードに適用することができる。同様の技術的思想を有する制御動作を冷房運転モードにも適用することができる。作業室１１の低温端からの冷熱出力により、低温側熱交換器４となる冷却用熱交換器２４で送風空気を冷却する場合にも、開示技術を用いることができる。
【０１２７】
冷房運転モード時においては、室外ファン６３が、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置である。また、送風機２３および第１エアミックスドア２６が、低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置である。第１エアミックスドア２６は、空調ケース２１内の通風路に設けられ、冷房運転モード時に低温側熱交換器を通過する風量と低温側熱交換器をバイパスする風量との風量割合を調節する配風装置である。車両用空調装置１は、冷房運転モード時の配風装置である第１エアミックスドア２６を備えている。
【０１２８】
上述の構成および作動によれば、以下に述べる効果を得ることができる。
【０１２９】
ＭＨＰ装置２は、作業室１１からの熱出力のうち高温端からの温熱出力を用いて、熱輸送媒体との熱交換により被加熱流体を加熱する高温側熱交換器と、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置と、を備えている。また、作業室１１からの熱出力のうち低温端からの冷熱出力を用いて、熱輸送媒体との熱交換により被冷却流体を冷却する低温側熱交換器と、低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置と、を備えている。そして、磁場変調装置１４、熱輸送装置１６、高温側流量調節装置、および、低温側流量調節装置の作動を制御する制御装置としてＨＰＥＣＵ１０１を備えている。
【０１３０】
ＨＰＥＣＵ１０１は、作業室１１の高温端と低温端との温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報を取得する特性情報取得部としてステップ１２３を有する。ＨＰＥＣＵ１０１は、熱出力を上昇させる際に、高温側流量調節装置および低温側流量調節装置を制御する。ＨＰＥＣＵ１０１は、特性情報取得部で取得した特性情報に基づいて熱出力が増大する方向へ温度差ΔＴｂが変化するように、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更する。ＨＰＥＣＵ１０１は、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更する流通量制御部としてステップ１２７、１２８、１３０、１３３を有する。
【０１３１】
これによると、ＭＨＰ装置２は、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量を調節する高温側流量調節装置と、低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を調節する低温側流量調節装置と、これらの装置を制御するＨＰＥＣＵ１０１とを備えている。ＨＰＥＣＵ１０１は、作業室１１の高温端と低温端との温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報を取得する特性情報取得部と、特性情報取得部で取得した特性情報に基づいて高温側流量調節装置および低温側流量調節装置を制御する流通量制御部とを有している。
【０１３２】
流通量制御部は、作業室１１からの熱出力Ｑを上昇させる際に、特性情報に基づいて熱出力Ｑが増大する方向へ温度差ΔＴｂが変化するように、高温側流量調節装置および低温側流量調節装置を制御する。流通量制御部は、熱出力Ｑが増大する方向へ温度差ΔＴｂが変化するように、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更する。したがって、作業室１１からの熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯに満たない場合等に、被加熱流体の流通量や被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを特性情報に基づいて適切に調節して温度差ΔＴｂを変更し、作業室１１からの熱出力Ｑを上昇させることができる。このように、被加熱流体や被冷却流体の適切な流量制御により作業室１１からの熱出力Ｑを上昇させることができる。
【０１３３】
また、流通量制御部は、熱出力Ｑを上昇させる際に、特性情報取得部で取得した特性情報に基づいて、次のように制御を行なう。温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する第１特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断した場合には、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを増加させる。二次流体の流通量の増加は流通量増加部であるステップ１３０、１３３で行なう。また、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する第２特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断した場合には、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを減少させる。二次流体の流通量の増加は流通量減少部であるステップ１２７、１２８で行なう。
【０１３４】
これによると、特性情報に、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する第１特性領域と、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する第２特性領域とがある場合には、温度差ΔＴｂがある領域に応じて両流量調節装置を制御することができる。温度差ΔＴｂが第１特性領域にある場合には、流通量増加部が被加熱流体の流通量および被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを増加させて温度差ΔＴｂを低下させる。また、温度差ΔＴｂが第２特性領域にある場合には、流通量減少部が被加熱流体の流通量および被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを減少させて温度差ΔＴｂを増大させる。したがって、温度差ΔＴｂがある領域に応じて被加熱流体の流通量および被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを調節して温度差ΔＴｂを変更し、作業室１１からの熱出力Ｑを上昇させることができる。
【０１３５】
また、ＨＰＥＣＵ１０１は、特性情報を記憶するための記憶部１０２を有している。そして、特性情報取得部は、記憶部１０２が予め記憶した特性情報を取得する。これによると、ＨＰＥＣＵ１０１は、記憶部１０２が予め記憶した特性情報を容易に特性情報取得部で取得して、高温側流量調節装置および低温側流量調節装置の作動制御を行なうことができる。
【０１３６】
また、第１エアミックスドア２６は、空調ケース２１内の通風路に設けられ、冷房運転モード時に低温側熱交換器を通過する風量と低温側熱交換器をバイパスする風量との風量割合を調節する配風装置である。車両用空調装置１は、冷房運転モード時の配風装置である第１エアミックスドア２６を備えている。
【０１３７】
これによると、空調ケース２１内に低温側熱交換器を配して通風路を流れ室内へ吹き出す空気を冷却する空調装置において、低温側熱交換器を通過する風量とバイパスする風量との風量割合を調節する配風装置を低温側流量調節装置とすることができる。したがって、配風装置により低温側熱交換器における被冷却流体の流通量を容易に調節することができる。
【０１３８】
また、ＭＨＰ装置２は、高温側熱交換器で被加熱流体と熱交換する前後の熱輸送媒体の温度をそれぞれ検出する一対の高温側温度センサとして温度センサ９４、９５を備えている。また、低温側熱交換器で被冷却流体と熱交換する前後の熱輸送媒体の温度をそれぞれ検出する一対の低温側温度センサとして温度センサ９６、９７を備えている。
【０１３９】
これによると、高温側熱交換器で熱交換する前後の熱輸送媒体の温度差を一対の高温側温度センサで容易に検出することができる。また、高温側熱交換器で熱交換する前の熱輸送媒体の温度を作業室１１の高温端温度として、一対の高温側温度センサのうち片方の高温側温度センサで容易に検出することができる。また、低温側熱交換器で熱交換する前後の熱輸送媒体の温度差を一対の低温側温度センサで容易に検出することができる。また、低温側熱交換器で熱交換する前の熱輸送媒体の温度を作業室１１の低温端温度として、一対の低温側温度センサのうち片方の低温側温度センサで検出することができる。したがって、作業室両端の温度差や熱交換器における熱出力を求める際に必要な温度情報を、確実に得ることができる。
【０１４０】
暖房運転モードおよび冷房運転モードでは、高温側熱交換器および低温側熱交換器のうち一方の熱交換器が室内に配される室内熱交換器であって、室内熱交換器を流通する被加熱流体または被冷却流体が室内側二次流体である。高温側熱交換器および低温側熱交換器のうち他方の熱交換器が室外に配される室外熱交換器であって、室外熱交換器を流通する被加熱流体または被冷却流体が室外側二次流体である。
【０１４１】
ＨＰＥＣＵ１０１は、磁場変調装置１４および熱輸送装置１６を起動して定常運転に至るまでの起動時運転を行なう起動時運転部を有している。暖房運転モード時には、ステップ１１３が起動運転部である。起動時運転部は、室外側二次流体の流通を行ないつつ、室内側二次流体の流通を停止または室内側二次流体の流量を定常運転のときよりも小さくなるように抑制する。
【０１４２】
これによると、磁場変調装置および熱輸送装置を起動して定常運転に至るまでの起動時運転を行なうときに、室外側二次流体の流通を行ないつつ、室内側二次流体の流通を停止または室内側二次流体の流量を定常運転のときよりも小さくなるように抑制する。したがって、作業室の室内側熱交換器が接続する側の端部の温度を変化させて作業室両端の温度差を速やかに拡大することができる。これにより、磁場変調装置および熱輸送装置を起動して定常運転に至るまでの時間を短縮することができる。
【０１４３】
また、ＨＰＥＣＵ１０１は、起動時運転部が起動時運転を行ない、作業室１１の高温端と低温端との温度差ΔＴｂが室内側二次流体と室外側二次流体との温度差ΔＴｒａよりも大きくなった場合に、起動時運転から定常運転への移行を行なう運転移行部を有する。起動時運転から定常運転への移行は、運転移行部であるステップ１１２で行われる。これによると、起動時運転を行なって、室内熱交換器および室外熱交換器の両者において熱輸送媒体と二次流体との熱交換が可能となった後に、運転移行部により定常運転へ移行することができる。
【０１４４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１９〜２１に基づいて説明する。
【０１４５】
第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、作業室１１の高温端と低温端との温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報の取得方法が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１の実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第２の実施形態において説明しない他の構成は、第１の実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。
【０１４６】
図１９に示すように、本実施形態のＨＰＥＣＵ１０１は、ステップ１１０を実行したら、ステップ２１０へ進む。ステップ２１０では、処置モードを「なし」に設定する。ここで、処置モードとは、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更して熱出力Ｑを向上する熱出力向上処置モードである。ステップ２１０を実行したら、ステップ１１１へ進む。
【０１４７】
また、本実施形態のＨＰＥＣＵ１０１は、ステップ１１３を実行したら、ステップ２１１を実行して、ステップ１１１へリターンする。ステップ２１１では、処置モードを「なし」に設定する。
【０１４８】
また、ステップ１１５を実行した場合、もしくは、ステップ１１４の判断によりステップ１１５をパスした場合には、ステップ２１２を実行して、ステップ１１６へ進む。ステップ２１２では、直近のステップ１１７を実行した際に算出した熱出力Ｑを前回熱出力Ｑｐとする。ステップ２１２では、ステップ２１２実行直後のステップ１１６、１１７による新たな熱出力Ｑの算出に備えて、前回のステップ１１７における熱出力Ｑの算出値を前回熱出力Ｑｐとして記憶する。
【０１４９】
また、ステップ１１９を実行した場合には、ステップ２１３を実行して、ステップ１２０へ進む。ステップ２１３では、処置モードを「なし」に設定する。
【０１５０】
また、ステップ１２１においてモータ５の回転数が許容最大回転数であると判断した場合には、ステップ２１４へ進む。ステップ２１４では、温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性情報を検知する特性情報検知動作を行なう。ステップ２１４の制御動作に関しては後述する。ステップ２１４を実行したら、ステップ１２４へ進む。
【０１５１】
ステップ１２４において温度差ΔＴｂが特性曲線上の頂点にあると判断した場合には、ステップ２１５を実行して、ステップ１１１へリターンする。ステップ２１５では、処置モードを「なし」に設定する。
【０１５２】
ステップ１２７またはステップ１２８を実行した場合には、ステップ２１６を実行して、ステップ１１１へリターンする。ステップ２１６では、処置モードを「流量減」に設定する。ステップ１２７では、加熱用熱交換器２５を通過する被加熱流体である送風空気の通過風量を減少させる。ステップ１２８では、吸熱部６２を通過する被冷却流体である外気の通風量ＦＮを減少させる。すなわち、ステップ１２７またはステップ１２８を実行した場合には、高温側熱交換器および低温側熱交換器のいずれかで二次流体の流量を減少させて熱出力Ｑを向上させている。そこで、ステップ２１６では、熱出力向上処置モードを「流量減」に設定する。
【０１５３】
ステップ１３０を実行した場合には、ステップ２１７を実行して、ステップ１１１へリターンする。ステップ２１７では、処置モードを「流量増」に設定する。ステップ１３０では、吸熱部６２を通過する被冷却流体である外気の通風量ＦＮを増加させる。すなわち、ステップ１３０を実行した場合には、低温側熱交換器の二次流体の流量を増加させて熱出力Ｑを向上させている。そこで、ステップ２１７では、熱出力向上処置モードを「流量増」に設定する。
【０１５４】
ステップ１３１において、優先パラメータが目標吹出風量ＢＬＯであると判断した場合、または、ステップ１３２において、送風量ＢＬが最大量であると判断した場合には、ステップ２１８を実行して、ステップ１１１へリターンする。ステップ２１８では、処置モードを「なし」に設定する。
【０１５５】
ステップ１３３を実行した場合には、ステップ２１９を実行して、ステップ１１１へリターンする。ステップ２１９では、処置モードを「流量増」に設定する。ステップ１３３では、室内ブロワ２３による送風量ＢＬを増加させる。すなわち、ステップ１３３を実行した場合には、高温側熱交換器の二次流体の流量を増加させて熱出力Ｑを向上させている。そこで、ステップ２１９では、熱出力向上処置モードを「流量増」に設定する。
【０１５６】
次に、ステップ２１４で行われる特性情報検知動作について図２１を参照して説明する。図２１に示すように、まず、ステップ２３０において、処置モードが「なし」、「流量減」、「流量増」のいずれに設定されているかを判断する。
【０１５７】
ステップ２３０において、設定されている処置モードが「なし」であると判断した場合には、二次流体の流量変更がないとして、ステップ１２４へ進む。ステップ２３０において、設定されている処置モードが「流量減」であると判断した場合には、ステップ２３１へ進む。ステップ２３１では、ステップ１１７で算出した熱出力Ｑと、ステップ２１２で得た前回熱出力Ｑｐとを比較する。
【０１５８】
ステップ２３１において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも小さいと判断した場合には、ステップ２３２へ進む。ステップ２３１において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも小さいと判断した場合には、二次流体の流量減少により熱交換量が減少して温度差ΔＴｂが増大した際に、熱出力が低下している。すなわち、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力が低下する第１特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断したと同意である。そこで、ステップ２３２では、特性領域を、第１特性領域である旨の特性曲線の「右下がり領域」に設定する。
【０１５９】
ステップ２３１において熱出力Ｑと前回熱出力Ｑｐとが等しいと判断した場合には、ステップ２３３へ進む。ステップ２３１において熱出力Ｑと前回熱出力Ｑｐとが等しいと判断した場合には、二次流体の流量減少により熱交換量が減少して温度差ΔＴｂが増大した際に、熱出力が変化していない。すなわち、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力が増大する第２特性領域と温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力が低下する第１特性領域の間の頂点に温度差ΔＴｂがあると判断したと同意である。そこで、ステップ２３３では、特性領域を、特性曲線の「頂点」に設定する。
【０１６０】
ステップ２３１において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも大きいと判断した場合には、ステップ２３４へ進む。ステップ２３１において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも大きいと判断した場合には、二次流体の流量減少により熱交換量が減少して温度差ΔＴｂが増大した際に、熱出力が増加している。すなわち、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力が増加する第２特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断したと同意である。そこで、ステップ２３４では、特性領域を、第２特性領域である旨の特性曲線の「右上がり領域」に設定する。ステップ２３２、２３３、２３４のいずれかを実行したら、ステップ１２４へ進む。
【０１６１】
ステップ２３０において、設定されている処置モードが「流量増」であると判断した場合には、ステップ２３５へ進む。ステップ２３５では、ステップ１１７で算出した熱出力Ｑと、ステップ２１２で得た前回熱出力Ｑｐとを比較する。
【０１６２】
ステップ２３５において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも小さいと判断した場合には、ステップ２３６へ進む。ステップ２３５において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも小さいと判断した場合には、二次流体の流量増加により熱交換量が増加して温度差ΔＴｂが減少した際に、熱出力が低下している。すなわち、温度差ΔＴｂの減少に伴い熱出力が低下する第２特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断したと同意である。そこで、ステップ２３６では、特性領域を、第２特性領域である旨の特性曲線の「右上がり領域」に設定する。
【０１６３】
ステップ２３５において熱出力Ｑと前回熱出力Ｑｐとが等しいと判断した場合には、ステップ２３７へ進む。ステップ２３５において熱出力Ｑと前回熱出力Ｑｐとが等しいと判断した場合には、二次流体の流量増加により熱交換量が増加して温度差ΔＴｂが減少した際に、熱出力が変化していない。すなわち、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力が増大する第２特性領域と温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力が低下する第１特性領域の間の頂点に温度差ΔＴｂがあると判断したと同意である。そこで、ステップ２３７では、特性領域を、特性曲線の「頂点」に設定する。
【０１６４】
ステップ２３５において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも大きいと判断した場合には、ステップ２３８へ進む。ステップ２３５において熱出力Ｑが前回熱出力Ｑｐよりも大きいと判断した場合には、二次流体の流量増加により熱交換量が増加して温度差ΔＴｂが減少した際に、熱出力が増加している。すなわち、温度差ΔＴｂの減少に伴い熱出力が増加する第１特性領域に温度差ΔＴｂがあると判断したと同意である。そこで、ステップ２３８では、特性領域を、第１特性領域である旨の特性曲線の「右下がり領域」に設定する。ステップ２３６、２３７、２３８のいずれかを実行したら、ステップ１２４へ進む。
【０１６５】
図２０に示すステップ１２４では、ステップ２１４で検知した特性情報に基づいて、現時点の温度差ΔＴｂがいずれの特性領域にあるかを判断する。ステップ１２４では、ステップ２１４において、「右下がり」、「頂点」、「右上がり」のいずれに設置されたかを判断する。すなわち、ステップ１２４では、温度差ΔＴｂが、特性曲線上の「右下がり」となる第１特性領域にあるか、特性曲線上の「右上がり」となる第２特性領域にあるか、特性曲線の最大熱出力点である「頂点」にあるかを判断する。第１特性領域は、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する領域である。第２特性領域は、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する領域である。なお、ステップ１２４において、処置モード「なし」等により特性領域が不明である場合には、ステップ１２５へ進む。
【０１６６】
本実施形態において、ステップ２１４は、特性情報を検知する特性検知部であるとともに、特性情報を取得する特性情報取得部に相当する。
【０１６７】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６８】
また、本実施形態のＨＰＥＣＵ１０１は、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の少なくともいずれかを変更した際の熱出力の変化に基づいて特性情報を検知する特性検知部としてステップ２１４を有する。特性情報取得部でもあるステップ２１４は、特性検知部が検知した特性情報を取得する。
【０１６９】
これによると、ＨＰＥＣＵ１０１は、特性検知部が検知した特性情報を特性情報取得部で取得して、高温側流量調節装置および低温側流量調節装置の作動制御を行なうことができる。したがって、予め特性情報を記憶しておく必要がない。
【０１７０】
また、本実施形態のＨＰＥＣＵ１０１は、所望の熱出力を得るための制御サイクルを繰り返す中で、特性情報を検知している。したがって、特性情報を検知するためだけに、熱交換器を通過する二次流体流量を変更する必要がない。
【０１７１】
なお、本実施形態では、車両用空調装置１が暖房運転モードに設定されたときのＨＰＥＣＵ１０１の制御動作について説明したが、同様の技術的思想を有する制御動作を暖房運転モード以外の他の運転モードに適用することができる。同様の技術的思想を有する制御動作を冷房運転モードにも適用することができる。作業室１１の低温端からの冷熱出力により、低温側熱交換器４となる冷却用熱交換器２４で送風空気を冷却する場合にも、開示技術を用いることができる。
【０１７２】
（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、また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。
【０１７３】
上記実施形態では、温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性は、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する第１特性領域と、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが上昇する第２特性領域とを有していたが、これに限定されるものではない。例えば、図２２に示すように、温度差ΔＴｂに対する熱出力Ｑの特性が、温度差ΔＴｂの増大に伴い熱出力Ｑが低下する第１特性領域のみからなる場合であっても、開示された技術を適用して有効である。
【０１７４】
また、上記実施形態では、モータ５の回転数を許容最大回転数としても、熱出力Ｑが目標熱出力ＱＯ未満であるときには、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量のいずれかを変更して熱出力Ｑを上昇させた。しかしながら、これに限定されるものではない。熱出力Ｑが増大する方向へ温度差ΔＴｂが変化するように、高温側熱交換器における被加熱流体の流通量および低温側熱交換器における被冷却流体の流通量の両者を変更してもよい。
【０１７５】
また、上記実施形態では、ステップ１１７で実熱出力である熱出力Ｑを算出する際に、熱輸送媒体の熱交換前後の温度差を用いていた。そのため、ＭＨＰ装置２は、一対の高温側温度センサ９４、９５と、一対の低温側温度センサ９６、９７を備えていた。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば高温端側には温度Ｔｈ１を検出する温度センサ９４を設け、温度センサ９５は省略して、高温側熱交換器３の熱交換特性を利用して熱出力Ｑを算出してもよい。また、例えば低温端側には温度Ｔｃ１を検出する温度センサ９６を設け、温度センサ９７は省略して、低温側熱交換器４の熱交換特性を利用して冷熱出力を算出してもよい。
【０１７６】
また、上記実施形態では、ステップ１１７で実熱出力である熱出力Ｑを算出するために、ステップ１１６でモータ５の回転数とポンプ１７の吐出流量特性とから熱輸送媒体の循環流量を得ていたが、これに限定されるものではない。例えば熱輸送媒体の流量を計測する流量計を設けて、流量計の出力値を用いてもかまわない。
【０１７７】
また、上記実施形態では、磁場変調装置１４と熱輸送装置１６とは共通の動力源５によって駆動されていた。すなわち、ポンプ１７による熱輸送媒体の流量は、磁場変調装置１４および流路切換機構１８の作動周波数の変化に比例して変動するものであった。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、磁場変調装置１４および流路切換機構１８を駆動する動力源と、ポンプ１７を駆動する動力源とを、別々に設けてもかまわない。また、例えば、可変減速機構を採用して、磁場変調装置１４および流路切換機構１８の作動周波数とポンプ１７の回転数とが比例して変動しないものであってもよい。
【０１７８】
また、上記実施形態では、ポンプ１７は一方向ポンプであったが、これに限定されるものではない。例えば熱輸送媒体の吸入と吐出とを交互に繰り返して熱輸送媒体の往復流を形成するポンプであってもよい。また、ポンプは、１つではなく２つ以上設けてもかまわない。
【０１７９】
また、上記実施形態では、ＭＨＰ装置２の外部の熱交換器３、４に熱輸送媒体を供給した。これに代えて、一次媒体である熱輸送媒体と、二次媒体とを熱交換する熱交換器をＭＨＰ装置２内に設け、二次媒体を低温系統と高温系統とに供給してもよい。このような場合には、二次媒体を被加熱流体や被冷却流体として開示された技術を用いることができる。また、二次媒体が低温系統に循環する流量および高温系統に循環する流量を、固定または熱輸送媒体流量に関連付けて変化させる。そして、二次媒体が循環する低温側熱交換器で熱交換により冷却される被冷却流体および二次媒体が循環する高温側熱交換器で熱交換により加熱される被加熱流体の流通量制御に開示された技術を用いてもよい。
【０１８０】
また、上記実施形態では、車両用空調装置に開示された磁気ヒートポンプ装置を用いた。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば船舶や航空機等の車両以外の移動体用の空調装置に開示された磁気ヒートポンプ装置を用いてもよい。また、例えば住宅用等の定置式の空調装置に開示された磁気ヒートポンプ装置を用いてもよい。
【０１８１】
また、上記実施形態では、被加熱流体や被冷却流体は空気であったが、これに限定されるものではない。被加熱流体や被冷却流体は、空気以外の気体であってもよい。また、被加熱流体や被冷却流体は、液体であってもかまわない。例えば、被加熱流体を水とする給湯装置に開示された磁気ヒートポンプ装置を用いても有効である。
【０１８２】
また、上記実施形態では、作業室１１とＭＣＥ素子１２とを有する素子ベッドが回転する構成を採用した。これに代えて、素子ベッドと磁場変調装置１４との間の相対的な回転と、素子ベッドと流路切換機構１８との間の相対的な回転とを提供するための多様な構成を採用することができる。例えば、素子ベッドを静止させておき、永久磁石を含む磁場変調装置を素子ベッドに対して相対的に回転移動させてもよい。
【符号の説明】
【０１８３】
２  磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（磁気ヒートポンプ装置、ＭＨＰ装置）
３  熱交換器（高温側熱交換器）
４  熱交換器（低温側熱交換器）
１１  作業室
１２  磁気熱量素子（ＭＣＥ素子）
１４  磁場変調装置
１６  熱輸送装置
２３  送風機（室内送風機、室内ブロワ、暖房運転時の高温側流量調節装置）
２５  加熱用熱交換器（暖房運転時の高温側熱交換器）
２７  第２エアミックスドア（暖房運転時の高温側流量調節装置）
６２  吸熱部（暖房運転時の低温側熱交換器）
６３  室外ファン（暖房運転時の低温側流量調節装置）
１００  空調制御装置（ＡＣＥＣＵ）
１０１  ヒートポンプ制御装置（ＨＰＥＣＵ、制御装置）
１２３、２１４  ステップ１２３、２１４（特性情報取得部）
１２７、１２８、１３０、１３３  ステップ１２７、１２８、１３０、１３３（流通量制御部）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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