(57)【要約】【課題】  車室内暖房性能の即効性を向上する。【解決手段】  車両搭載の発熱機器１０側の第１温水回路１１と、車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコア１２を含む第２温水回路１３とを備え、暖房モード時に第１温水回路１１の冷却水温度ＴＷ１が第２温水回路１３の冷却水温度ＴＷ２より低いときは、開閉弁２６を閉弁、開閉弁２３を開弁して、両温水回路１１、１３の間を切り離した状態とする。一方、第１温水回路１１の冷却水温度ＴＷ１が第２温水回路１３の冷却水温度ＴＷ２より高くなると、開閉弁２６を開弁、開閉弁２３を閉弁して、両温水回路１１、１３の間を接続状態にする。【選択図】        図１
2005263200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両搭載の発熱機器（１０）を含み、前記発熱機器（１０）を冷却する冷却水が流れる第１温水回路（１１）と、
車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコア（１２）を含み、前記温水式ヒータコア（１２）を通過して冷却水が流れる第２温水回路（１３）と、
前記第１温水回路（１１）と前記第２温水回路（１３）との間を切り離した状態と、前記第１温水回路（１１）と前記第２温水回路（１３）との間を接続した状態とに切り替える弁手段（２３、２６）と、
冷凍サイクル（Ｒ）の圧縮機吐出側に設けられ、前記圧縮機吐出側の高圧冷媒の放熱により前記第２温水回路（１３）の冷却水を加熱する水冷媒熱交換器（２０）と、
前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）と前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）とを比較して前記弁手段（２３、２６）を制御する第１制御手段（Ｓ３３０〜Ｓ３６０）とを備え、
前記第１制御手段（Ｓ３３０〜Ｓ３６０）は、前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）より低いときに、前記弁手段（２３、２６）を前記切り離し状態に制御し、前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）より高くなると、前記弁手段（２３、２６）を前記接続状態に制御することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記第１制御手段（Ｓ３３０〜Ｓ３６０）は、前記発熱機器（１０）の暖機を必要とする所定の低温度を判定温度として設定しており、
前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が前記所定の低温度より低いときは、前記弁手段（２３、２６）を強制的に前記接続状態に制御す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】
暖房モード時に前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒流れ下流側に接続され、前記車室内吹出空気を前記高圧冷媒の放熱により加熱する室内熱交換器（３１）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記室内熱交換器（３１）は前記車室内吹出空気の通路内において前記温水式ヒータコア（１２）の上流側に配置され、
前記車室内吹出空気の通路には前記温水式ヒータコア（１２）のバイパス通路（３９ａ
、３９ｂ）、および前記温水式ヒータコア（１２）の通風路と前記バイパス通路（３９ａ
、３９ｂ）を開閉するドア手段（４０ａ、４０ｂ）が配置され、
更に、前記室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）と前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）とを比較して前記ドア手段（４０ａ、４０ｂ）を制御する第２制御手段（Ｓ３００〜Ｓ３２０）を備え、
前記第２制御手段（Ｓ３００〜Ｓ３２０）は、前記暖房モード時に前記室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）が前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）より高いときは前記ドア手段（４０ａ、４０ｂ）を前記温水式ヒータコア（１２）の通風路の全閉位置に制御し、前記室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）より前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）が高くなると前記ドア手段（４０ａ、４０ｂ）を前記温水式ヒータコア（１２）の通風路の開口位置に制御することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記冷凍サイクル（Ｒ）は、前記暖房モードと、前記室内熱交換器（３１）を低圧側の冷媒吸熱器として作用させる冷房モードと、前記室内熱交換器（３１）を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、前記室内熱交換器（３１）の冷却空気を前記温水式ヒータコア（１２）にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記冷凍サイクル（Ｒ）の低圧側に設けられ、冷房モード時に低圧側の冷媒吸熱器として作用することにより前記車室内吹出空気を冷却する室内熱交換器（３１）を備え、
暖房モード時には前記冷凍サイクル（Ｒ）の低圧冷媒が前記室内熱交換器（３１）をバイパスして流れることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記室内熱交換器（３１）は前記車室内吹出空気の通路内において前記温水式ヒータコア（１２）の上流側に配置され、
前記冷凍サイクル（Ｒ）は、前記暖房モードと、前記冷房モードと、前記室内熱交換器（３１）を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、前記室内熱交換器（３１）の冷却空気を前記温水式ヒータコア（１２）にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記水冷媒熱交換器（２０）は前記第２温水回路（１３）において前記温水式ヒータコア（１２）の上流側に配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記冷凍サイクル（Ｒ）の冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記発熱機器は燃料電池（１０）であることを特徴とする請求項１ないし９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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水を熱源として空気を加熱する温水式ヒータコアと、冷凍サイクルの圧縮機吐出冷媒を熱源として温水を加熱する水冷媒熱交換器とを有する車両用空調装置に関するもので、具体的には、車両エンジンの廃熱がない燃料電池搭載車、電気自動車、あるいは車両エンジンの廃熱が少ないハイブリッド車等の車両に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１においては、車両エンジンの温水（冷却水）を熱源として空気を加熱
する温水式ヒータコアを備える車両用空調装置において、車両エンジンの暖機完了前にお
ける車室内暖房性能を向上するための温水回路構成が提案されている。
【０００３】
この従来技術では、温水式ヒータコアの温水導入管と温水導出管との間を直結するバイ
パス管を設けるとともに、この温水導入管および温水導出管のうち、バイパス管の接続部
位よりエンジン側の部位にそれぞれ開閉弁を設けている。
【０００４】
そして、この開閉弁を閉じることにより、温水式ヒータコアの近傍部位に温水式ヒータ
コアとバイパス管とにより局所的な閉回路を形成する。この局所的な閉回路には電気ヒー
タを用いた温水加熱器と電動ポンプとを設けておく。
【０００５】
これにより、車両エンジンの暖機完了前においては、上記両開閉弁を閉じるとともに電
動ポンプを作動させ、かつ、電気ヒータに通電して局所的な閉回路内の水を電気ヒータに
より加熱する。この際、電気ヒータは、局所的な閉回路内の少量の水だけを加熱すればよ
いので、水の昇温速度を高めて、車両エンジンの暖機完了前における車室内暖房性能を向
上できるというものである。
【特許文献１】特開平１１−２０８２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、電気ヒータの加熱対象の水の量を減少しているものの、水の比熱自
体が非常に大きいので、電気ヒータにより水を所定温度に加熱するのに時間がかかり、車
室内暖房の即効性が不十分である。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、車室内暖房性能の即効性を向上することを目的とする。
【０００８】
特に、本発明は、車両搭載の発熱機器の冷却水と高圧冷媒との間で熱交換を行う水冷媒
熱交換器、および高圧冷媒により車室内吹出空気を加熱する室内熱交換器を冷凍サイクル
に備え、更に、車両搭載の熱源機器の冷却水が流入する温水式ヒータコアによっても、車
室内吹出空気を加熱できるようにした車両用空調装置において、車室内暖房性能の即効性
を向上することを目的とする。
【０００９】
なお、車両搭載の発熱機器とは、車両走行用モータに供給される電力を発生する燃料電
池、電気自動車の走行用モータ、ハイブリッド車の走行用エンジン等のように、車両に搭
載され冷却水により冷却される発熱機器を言う。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両搭載の発熱機器（１０）を
含み、前記発熱機器（１０）を冷却する冷却水が流れる第１温水回路（１１）と、
車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコア（１２）を含み、前記温水式ヒータコア（
１２）を通過して冷却水が流れる第２温水回路（１３）と、
前記第１温水回路（１１）と前記第２温水回路（１３）との間を切り離した状態と、前
記第１温水回路（１１）と前記第２温水回路（１３）との間を接続した状態とに切り替え
る弁手段（２３、２６）と、
冷凍サイクル（Ｒ）の圧縮機吐出側に設けられ、前記圧縮機吐出側の高圧冷媒の放熱に
より前記第２温水回路（１３）の冷却水を加熱する水冷媒熱交換器（２０）と、
前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）と前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）とを比較して前記弁手段（２３、２６）を制御する第１制御手段（Ｓ３３０〜Ｓ３６０）とを備え、
前記第１制御手段（Ｓ３３０〜Ｓ３６０）は、前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）より低いときに、前記弁手段（２３、２６）を前記切り離し状態に制御し、前記第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）より高くなると、前記弁手段（２３、２６）を前記接続状態に制御することを特徴としている。
【００１１】
これによると、発熱機器（１０）側の冷却水温度が低い始動初期では、温水式ヒータコア（１２）を有する第２温水回路（１３）を発熱機器（１０）側の第１温水回路（１１）から切り離して、冷凍サイクル（Ｒ）の水冷媒熱交換器（２０）で第２温水回路（１３）側の少量の冷却水のみを加熱する。
【００１２】
しかも、冷却水の加熱手段が冷凍サイクル（Ｒ）高圧側の水冷媒熱交換器（２０）であるから、圧縮機の圧縮仕事相当の熱量および室外熱交換器（１８）での吸熱量の両方を利用して冷却水を加熱できる。そのため、特許文献１のように電気ヒータで冷却水を加熱するものに比較して、冷却水の加熱能力を増大できる。
【００１３】
これらのことが相俟って、第２温水回路（１３）側の冷却水温度の上昇を早めることができる。その結果、温水式ヒータコア（１２）による空気加熱作用を発揮できる状態を早めに作ることができ、車載発熱機器（１０）の始動初期における暖房即効性を向上できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両用空調装置において、第１制御手段
（Ｓ３３０〜Ｓ３６０）は、発熱機器（１０）の暖機を必要とする所定の低温度を判定温
度として設定しており、第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が前記所定の低温
度より低いときは、弁手段（２３、２６）を強制的に前記接続状態に制御することを特徴
とする。
【００１５】
これによると、第１温水回路（１１）の冷却水温度（ＴＷ１）が第２温水回路（１３）
の冷却水温度（ＴＷ２）より低くても、発熱機器（１０）側の第１温水回路（１１）の冷
却水温度（ＴＷ１）が所定の低温度より低いときは、第１温水回路（１１）と第２温水回
路（１３）との間を必ず接続状態に設定できる。
【００１６】
この接続状態では両温水回路（１１、１３）にわたって冷却水が流れ、冷却水は発熱機
器（１０）の廃熱と水冷媒熱交換器（２０）での高圧冷媒の放熱とにより加熱されるので
、発熱機器（１０）側の冷却水温度（ＴＷ１）の上昇を早めて、発熱機器（１０）の低温
起動時における暖機を促進できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の車両用空調装置において、暖房モード時に前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒流れ下流側に接続され、前記車室内吹出空気を前記高圧冷媒の放熱により加熱する室内熱交換器（３１）を備えることを特徴とする。
【００１８】
これによると、暖房モードにおいて、冷凍サイクル（Ｒ）の水冷媒熱交換器（２０）で第２温水回路（１３）側の冷却水のみを加熱しながら、冷凍サイクル（Ｒ）の室内熱交換器（３１）にて車室内吹出空気を直接加熱できる。
【００１９】
ここで、室内熱交換器（３１）の熱容量は水冷媒熱交換器（２０）に比較して大幅に小
さいから、冷凍サイクルＲの始動後、室内熱交換器（３１）の温度は急速に上昇させるこ
とができる。そのため、冷凍サイクル始動後に、室内熱交換器（３１）によって車室内吹
出空気を直ちに加熱し、車室内吹出空気の温度を上昇できる。その結果、車載発熱機器（１０）の始動初期における暖房即効性を一層向上できる。
【００２０】
また、暖房モード時に水冷媒熱交換器（２０）の冷媒流れ下流側に室内熱交換器（３１）を接続するようにしているから、水冷媒熱交換器（２０）を常にサイクル高圧側の熱交換器として維持したまま、冷房モード等では室内熱交換器（３１）をサイクル低圧側の冷媒吸熱器として使用できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の車両用空調装置において、室内熱交換器（３１）は車室内吹出空気の通路内において温水式ヒータコア（１２）の上流側に配置され、
車室内吹出空気の通路には、温水式ヒータコア（１２）のバイパス通路（３９ａ、３９ｂ）、および温水式ヒータコア（１２）の通風路と前記バイパス通路（３９ａ、３９ｂ）を開閉するドア手段（４０ａ、４０ｂ）が配置され、
更に、前記室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）と前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）とを比較して前記ドア手段（４０ａ、４０ｂ）を制御する第２制御手段（Ｓ３００〜Ｓ３２０）を備え、
前記第２制御手段（Ｓ３００〜Ｓ３２０）は、前記暖房モード時に前記室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）が前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）より高いときは前記ドア手段（４０ａ、４０ｂ）を前記温水式ヒータコア（１２）の通風路の全閉位置に制御し、前記室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）より前記第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）が高くなると前記ドア手段（４０ａ、４０ｂ）を前記温水式ヒータコア（１２）の通風路の開口位置に制御することを特徴とする。
【００２２】
これによると、第２温水回路（１３）側の冷却水温度（ＴＷ２）が室内熱交換器（３１
）直後の吹出空気温度ＴＥより低いときはドア手段（４０ａ、４０ｂ）により温水式ヒー
タコア（１２）の通風路を全閉するから、室内熱交換器（３１）によって加熱された空気
の熱量が温水式ヒータコア（１２）にて低温の冷却水に吸熱されるという不具合を防止で
きる。従って、室内熱交換器（３１）により加熱した空気を有効活用して、車室内を効果
的に即効暖房できる。
【００２３】
また、ドア手段（４０ａ、４０ｂ）により温水式ヒータコア（１２）の通風路を全閉す
ることによって、第２温水回路（１３）側の冷却水が温水式ヒータコア（１２）にて空気
側へ放熱することを防止して、第２温水回路（１３）側の冷却水の温度上昇をより一層促
進できる。このことは温水式ヒータコア（１２）による暖房作用の立ち上がりを早めて暖
房即効性を向上させる。
【００２４】
一方、室内熱交換器（３１）通過後の空気温度（ＴＥ）より第２温水回路（１３）の冷却水温度（ＴＷ２）が高くなるとドア手段（４０ａ、４０ｂ）を温水式ヒータコア（１２）の通風路の開口位置に制御するから、室内熱交換器（３１）を通過して加熱された空気を温水式ヒータコア（１２）にて再度加熱することができる。従って、室内熱交換器（３１）と温水式ヒータコア（１２）の組み合わせで車室内暖房性能を発揮できる。
【００２５】
請求項５に記載の発明では、請求項３または４に記載の車両用空調装置において、冷凍サイクル（Ｒ）は、前記暖房モードと、室内熱交換器（３１）を低圧側の冷媒吸熱器として作用させる冷房モードと、室内熱交換器（３１）を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、室内熱交換器（３１）の冷却空気を温水式ヒータコア（１２）にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする。
【００２６】
これにより、冷凍サイクル（Ｒ）の運転モードとして、暖房モード以外に、冷房モードおよび除湿暖房モードを切替設定することができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明では、請求項１または２に記載の車両用空調装置において、前記冷凍サイクル（Ｒ）の低圧側に設けられ、冷房モード時に低圧側の冷媒吸熱器として作用することにより前記車室内吹出空気を冷却する室内熱交換器（３１）を備え、
暖房モード時には前記冷凍サイクル（Ｒ）の低圧冷媒が前記室内熱交換器（３１）をバイパスして流れることを特徴とする。
【００２８】
このように、室内熱交換器（３１）を冷凍サイクル（Ｒ）の低圧側に設けて冷媒吸熱器としてのみ作用させると、室内熱交換器（３１）が吸熱作用と放熱作用の切替を行わないから、室内熱交換器（３１）の放熱時に凝縮水が蒸発して車両窓ガラスが曇るという不具合が発生しない。
【００２９】
また、暖房モード時には低圧冷媒が室内熱交換器（３１）をバイパスして流れることにより、室内熱交換器（３１）の吸熱作用を停止できるので、室内熱交換器（３１）による不要な空気冷却作用を停止して、温水式ヒータコア（１２）による暖房性能を良好に発揮できる。
【００３０】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の車両用空調装置において、前記室内熱交換器（３１）は前記車室内吹出空気の通路内において前記温水式ヒータコア（１２）の上流側に配置され、
前記冷凍サイクル（Ｒ）は、前記暖房モードと、前記冷房モードと、前記室内熱交換器（３１）を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、前記室内熱交換器（３１）の冷却空気を前記温水式ヒータコア（１２）にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする。
【００３１】
このように、室内熱交換器（３１）をサイクル低圧側に設ける構成であっても、暖房モードと冷房モードと除湿暖房モードとを切替設定できる。
【００３２】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、前記水冷媒熱交換器（２０）は前記第２温水回路（１３）において前記温水式ヒータコア（１２）の上流側に配置されることを特徴とする。
【００３３】
これによると、水冷媒熱交換器（２０）で加熱された高温の温水を温水式ヒータコア（１２）に直ちに導入できる。従って、この加熱後の高温温水の熱を他部位で無駄に放出することなく、車室内暖房のために有効利用できる。
【００３４】
請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、冷凍サイクル（Ｒ）の冷媒として二酸化炭素を使用すれば、二酸化炭素冷媒の物性により圧縮機吐出冷媒温度を通常のフロン系冷媒に比較してかなり高くすることができ、暖房性能を効果的に向上できる。
【００３５】
請求項１０に記載の発明のように、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、発熱機器は具体的には燃料電池（１０）である。
【００３６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関
係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
（第１実施形態）
図１は本実施形態による冷凍サイクルＲ、温水回路および室内空調ユニット部を含む全
体システム構成図である。本実施形態では、車両走行用モータ（図示せず）に供給される
電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１０を有する燃料電池搭載車に本発明装置を適
用した例を示している。
【００３８】
燃料電池１０は周知のごとく酸素と水素とを化学反応させることにより発電作用をなす
ものであって、燃料電池１０の発電時には電気エネルギと共に熱が発生する。燃料電池１
０で効率よく発電するためには、燃料電池１０を冷却して適切な温度域（例えば、６０〜
８０℃付近）に維持する必要がある。そのため、本実施形態では、燃料電池１０を冷却水
が循環する温水（冷却水）回路に設けて冷却水により冷却するようになっている。
【００３９】
逆に、低温時には温水回路の冷却水により燃料電池１０を加熱して燃料電池１０の温度
を効率のよい適切な温度域に素早く昇温できるようにしている。
【００４０】
温水回路は、具体的には、燃料電池１０側の第１温水回路１１と、車室内暖房用の温水
式ヒータコア１２側の第２温水回路１３とにより構成される。
【００４１】
第１温水回路１１は、燃料電池１０と、電動水ポンプ１４と、ラジエータ１５と、サ−
モスタット１６と、ラジエータバイパス通路１７とから構成される。サ−モスタット１６
は、周知のごとくサ−モワックスの温度による体積変化を利用してラジエータ１５側の通
路を開閉するものである。ラジエータバイパス通路１７は圧損の高い絞り通路からなり、
常時開口している。
【００４２】
冷却水の低温時にはサ−モスタット１６がラジエータ１５側の通路を閉塞するので、第
１温水回路１１の冷却水はラジエータバイパス通路１７を通過して流れる。これに対し、
冷却水が所定温度（例えば、８０℃付近）以上に上昇すると、サ−モスタット１６がラジ
エータ１５側の通路を開口する。ラジエータ１５側の通路はラジエータバイパス通路１７
に比較して圧損が大幅に低いので、第１温水回路１１の冷却水のほとんどはラジエータ１
５側の通路を通過して流れる。これにより、冷却水がラジエータ１５にて冷却される。
【００４３】
ラジエータ１５は冷凍サイクルＲの室外熱交換器１８の空気流れ下流側に配置され、電
動冷却ファン１９によって送風される冷却空気（室外空気）ａに放熱する。
【００４４】
第２温水回路１３は、車室内暖房用の温水式ヒータコア１２と、冷凍サイクルＲの水冷
媒熱交換器２０と、電動水ポンプ２１と、燃料電池バイパス通路２２とにより構成され、
燃料電池バイパス通路２２には電気的に開閉制御される開閉弁２３が設けてある。
【００４５】
なお、第１温水回路１１と第２温水回路１３との間は連通路２４、２５により接続され
る。燃料電池１０の冷却水出口側に位置する連通路２４には電気的に開閉制御される開閉
弁２６が設けてある。
【００４６】
冷凍サイクルＲには、上記した室外熱交換器１８および水冷媒熱交換器２０の他に、電
動圧縮機２７、冷媒流れ切替弁をなす四方弁２８、第１減圧器２９、第２減圧器３０、室
内熱交換器３１、内部熱交換器３２、およびアキュムレータ３３等が備えられ、これらの
機器から冷凍サイクルＲが構成されている。
【００４７】
電動圧縮機２７は冷媒を吸入圧縮するポンプ手段であり、本実施形態では電動圧縮機２
７としてインバータ制御にて回転数を連続的に制御可能なものを採用している。なお、本
実施形態では冷凍サイクルＲの冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用している。この二
酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクルでは、サイクル高圧圧力（圧縮機吐出圧力）
が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界サイクルとなる。
【００４８】
水冷媒熱交換器２０は、高温高圧の圧縮機吐出冷媒が流れる高圧冷媒通路２０ａと第２
温水回路１３の冷却水が流れる冷却水通路２０ｂとを有し、圧縮機吐出冷媒と冷却水との
間で対向流の熱交換を行うものである。
【００４９】
四方弁２８は電気的に制御可能な弁手段により冷媒流れを各種運転モードに応じて白抜
き矢印方向と斜線矢印方向とに切り替える切替弁である。なお、図１において、白抜き矢
印は後述の冷房モード時および低吹出温度の第１除湿モード時の冷媒流れを示し、斜線矢
印は後述の暖房モード時および高吹出温度の第２除湿モード時の冷媒流れを示す。
【００５０】
第１減圧器２９および第２減圧器３０は、ともに冷媒絞り通路面積を電気的に調整可能
な可変絞り手段であって、本実施形態では第１減圧器２９および第２減圧器３０を電気膨
張弁により構成している。この電気膨張弁は、電気式のアクチュエータにより圧力損失が
殆ど発生しない全開状態から冷媒を減圧膨脹させる所定開度まで連続的に絞り開度を変化
させることができるようになっている。
【００５１】
内部熱交換器３２は、白抜き矢印方向に冷媒が流れる冷房モード時および低吹出温度の
第１除湿モード時に、高圧冷媒が流れる高圧冷媒通路３２ａと、電動圧縮機２７吸入側の
低圧冷媒（吸入冷媒）が流れる低圧冷媒通路３２ｂとを有し、この高圧冷媒と低圧冷媒と
の間で対向流の熱交換を行うものである。
【００５２】
また、アキュムレータ３３は、周知のように冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余
剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を電動圧縮機２７の吸入側に供給する
ものである。
【００５３】
次に、車両用空調装置の室内空調ユニット部３５について説明する。この室内空調ユニ
ット部３５は車室内前部に位置する車両計器盤（図示せず）の内側部に配置される。室内
空調ユニット部３５は車室内へ向かって空気が流れる空調ケーシング３６を有し、空調ケ
ーシング３６の空気流れ最上流側の部位には、空調ケーシング３６内に導入する空気を内
気（車室内空気）と外気（車室外空気）とに切り替える内外気切替ドア３７が配置されて
いる。この内外気切替ドア３７はモータを用いた電気式アクチュエータ３７ａにより開閉
される。
【００５４】
内外気切替ドア３７の直ぐ下流に室内送風機３８が配置され、空調ケーシング３６内に
空気を送り込むようになっている。室内送風機３８はモータ３８ａにより駆動される電動
送風機である。
【００５５】
室内送風機３８の下流側に冷凍サイクルＲの室内熱交換器３１が配置されている。この
室内熱交換器３１によって室内送風機３８の送風空気が加熱または冷却される。前記した
温水式ヒータコア１２は冷却水を熱源として車室内吹出空気を加熱するものであって、室
内熱交換器３１の空気流れ下流側において空調ケーシング３６内の通路の中央部に配置さ
れている。
【００５６】
これにより、温水式ヒータコア１２の両側にバイパス通路３９ａ、３９ｂが形成されて
いる。このバイパス通路３９ａ、３９ｂにエアミックスドア４０ａ、４０ｂが連動して回
転可能に配置される。このエアミックスドア４０ａ、４０ｂは温水式ヒータコア１２の通
風路（コア面）とバイパス通路３９ａ、３９ｂを開閉するドア手段であって、モータを用
いた電気式アクチュエータ４０ｃにより回転操作される。
【００５７】
このエアミックスドア４０ａ、４０ｂは、基本的には温水式ヒータコア１２の通風路へ
の空気流れとバイパス通路３９ａ、３９ｂへの空気流れを切り替える役割を果たすが、そ
の他に、暖房モードや除湿モード時の後述する特定条件下では、室内熱交換器３１を通過
した空気のうち温水式ヒータコア１２を通過して加熱される温風と温水式ヒータコア１２
をバイパスして流れる冷風との風量割合を調節することにより、車室内に吹き出す空気の
温度を調節する役割も果たす。
【００５８】
そして、温水式ヒータコア１２の下流側、すなわち、空調ケーシング３６の空気流れ最
下流側の部位には車室内へ空調空気を吹き出す複数の吹出開口部（図示せず）が設けられ
る。この複数の吹出開口部としては、空調空気を車両前面ガラス内面に向けて吹き出すた
めのデフロスタ開口部、空調空気を乗員の上半身に向けて吹き出すためのフェイス開口部
、および空調空気を乗員の足元部に向けて吹き出すためのフット開口部が設けられ、図示
しない吹出モードドアにより開閉される。
【００５９】
次に、本実施形態の空調自動制御のためのセンサ群について説明すると、先ず、第１温
水回路１１のうち燃料電池１０の冷却水出口部に、燃料電池１０の出口冷却水温度を検出
する第１水温センサ４１が設けられている。また、第２温水回路１３のうち温水式ヒータ
コア１２の冷却水入口部に温水式ヒータコア１２の入口冷却水温度を検出する第２水温セ
ンサ４２が設けられている。
【００６０】
次に、冷凍サイクルＲにおいては電動圧縮機２７の吐出側に冷媒吐出圧力を検出する冷
媒吐出圧力センサ４３および冷媒吐出温度を検出する冷媒吐出温度センサ４４が設けられ
ている。水冷媒熱交換器２０の高圧冷媒通路２０ａの出口部には出口冷媒温度を検出する
出口冷媒温度センサ４５が設けられている。第１減圧器２９の出口部には第１減圧器２９
により減圧された後の冷媒圧力、すなわち、冷媒中間圧力を検出する冷媒中間圧力センサ
４６が設けられている。
【００６１】
冷房モード時および低吹出温度の第１除湿モード時の冷媒流れにおいて、室外熱交換器
１８の冷媒出口部となる部位に、室外熱交換器１８の出口冷媒温度を検出する出口冷媒温
度センサ４７が設けられている。暖房モード時および高吹出温度の第２除湿モード時の冷
媒流れにおいて、室内熱交換器３１の冷媒出口部となる部位に、室内熱交換器３１の出口
冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサ４８が設けられている。
【００６２】
次に、室内空調ユニット部３５においては、室内熱交換器３１の吹出直後の部位に室内
熱交換器３１の吹出空気温度を検出する熱交換器吹出空気温度センサ４９が設けられてい
る。また温水式ヒータコア１２の空気流れ下流部には、車室内への吹出空気温度を検出す
る車室内吹出空気温度センサ５０が設けられている。
【００６３】
車室内には、車室内温度（内気温）を検出する内気温センサ５１、日射量を検出する日
射センサ５２、および車室内湿度を検出する湿度センサ５３が設けられている。一方、車
室外、具体的には、室外熱交換器１８の空気流れ上流部付近に外気温を検出する外気温セ
ンサ５４が設けられている。
【００６４】
次に、本実施形態による電気制御部の概要を図２のブロック図に基づいて説明する。空
調制御装置５５は周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、Ｒ
ＯＭ内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づい
て各種演算、処理を行う。空調制御装置５５の入力側には上記センサ群４１〜５４からの
センサ検出信号および空調パネル５６の各種操作部材５６ａからの操作信号が入力される。
【００６５】
空調パネル５６は、車室内の運転席前方の計器盤（図示せず）付近に配置されるもので
あって、空調パネル５６の各種操作部材５６ａとしては、車室内の希望温度（設定温度）
を設定する温度設定部材、内外気切替ドア３７による内気モードと外気モードをマニュア
ル設定する信号を出す内外気切替部材、室内送風機３８の送風量をマニュアル設定する信
号を出す風量切替部材、車室内へ吹き出す空気の吹出モードをマニュアル設定する信号を
出す吹出モード切替部材、空調自動制御の指令信号を出すオートスイッチ、室内熱交換器
３１の冷却モード指令信号を出す冷却モードスイッチ等が設けられる。
【００６６】
空調制御装置５５の出力側には、図１で説明した各種空調機器が制御対象として接続さ
れる。この制御対象の各種空調機器のうち、符号５７は、図１に図示されていない吹出モ
ードドアを駆動する電気式アクチュエータを示す。
【００６７】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。図３は空調制御装置５５のマイ
クロコンピュータにより実行される制御の概要を示すフローチャートであり、図３の制御
ルーチンは、空調パネル５６の各種操作部材５６ａのうちオートスイッチの投入によって
スタートし、先ず、ステップＳ１００にて、センサ群４１〜５４からのセンサ検出信号お
よび空調パネル５６の各種操作部材５６ａからの操作信号等を読み込む。
【００６８】
次に、ステップＳ１１０にて車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。ここで
、目標吹出温度ＴＡＯは、車室内空調熱負荷の変動にかかわらず、車室内温度（内気温度
）を空調パネル５６の温度設定部材により設定された設定温度に維持するために必要な温
度であって、周知のごとく内気温センサ５１により検出される内気温、外気温センサ５４
により検出される外気温、日射センサ５２により検出される日射量、および温度設定部材
により設定された設定温度等に基づいて算出する。
【００６９】
次に、ステップＳ１２０にて温水式ヒータコア１２に流入する冷却水（温水）の目標水
温ＴＷＯを上記ＴＡＯに基づいて算出する。具体例を述べると、ＴＷＯ＝ＴＡＯ／φの式
にて算出する。ここで、φは温水式ヒータコア１２の熱交換器温度効率であるから、ＴＷ
ＯはＴＡＯより所定温度高い温度となる。
【００７０】
次に、ステップＳ１３０にて空調パネル５６の冷却モードスイッチが投入されているか
判定する。ここで、冷却モードスイッチは室内熱交換器３１の冷却モード指令信号を出す
ものであり、ステップＳ１３０の判定がＹＥＳのときはステップＳ１４０に進み、温度セ
ンサ４２により検出される冷却水温度（温水式ヒータコア１２の入口側冷却水温度）ＴＷ
２が上記目標水温ＴＷＯ以上であるか判定する。
【００７１】
夏期の冷房が必要な条件下では、ＴＡＯが外気温より十分低い温度になっているので、
ＴＷＯも外気温より低い温度である。それ故、冷房が必要な条件下ではステップＳ１４０
の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１５０にて冷凍サイクル運転モードとして冷房モード
を決定し、冷房モードを実行する。
【００７２】
また、ステップＳ１４０の判定がＮＯのときはステップＳ１６０に進み、外気温センサ
５４により検出される外気温ＴＡＭが所定温度ａ（例えば５℃）以上であるか判定する。
このステップＳ１６０の判定は外気温ＴＡＭに基づいて暖房負荷の高低を判定するもので
あって、ステップＳ１６０の判定がＹＥＳのときは暖房負荷が低いときであるので、ステ
ップＳ１７０に進み、冷凍サイクル運転モードとして第１除湿暖房モード、すなわち、車
室内吹出温度が低い除湿暖房モードを決定し、実行する。
【００７３】
また、ステップＳ１６０の判定がＮＯのときは暖房負荷が高いときであるので、ステッ
プＳ１８０に進み、冷凍サイクル運転モードとして第２除湿暖房モード、すなわち、車室
内吹出温度が高い除湿暖房モードを決定し、実行する。
【００７４】
一方、空調パネル５６の冷却モードスイッチが投入されていないときはステップＳ１３
０の判定がＮＯとなり、ステップＳ１９０に進み、温水式ヒータコア１２の入口側冷却水
温度ＴＷ２が目標水温ＴＷＯ以上であるか判定する。
【００７５】
ステップＳ１９０の判定がＮＯのときはステップＳ２００にて冷凍サイクル運転モード
として暖房モードを決定し、実行する。また、ステップＳ１９０の判定がＹＥＳのときは
温水式ヒータコア１２の温水熱源による空気加熱作用のみで車室内を設定温度に暖房でき
るので、冷凍サイクルの暖房モードの運転が不要となる。そこで、ステップＳ２１０にて
冷凍サイクルＲの停止モードを決定し、冷凍サイクルＲの運転（圧縮機２７の運転）を停
止し、温水式ヒータコア１２のみで必要暖房性能を発揮する。
【００７６】
次に、上記のようにして決定される冷凍サイクルＲの各種運転モード毎に空調装置の作
動を説明する。
１．冷房モード（図３のＳ１５０）
冷房モード時では、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流路を図１の
太実線の状態に切り替えるので、冷凍サイクルＲでは電動圧縮機２７を作動させると、白
抜き矢印で示すように電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→
四方弁２８→室外熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒流路３２ａ→第２減圧器
３０→室内熱交換器３１→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側
冷媒流路３２ｂ→電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
【００７７】
この際、第１減圧器２９は圧損をほとんど生じない全開状態に維持されるので、室外熱
交換器１８は高圧側冷媒の放熱器として作用する。これに対し、第２減圧器３０は後述の
所定絞り開度に制御され、高圧側冷媒を減圧するので、室内熱交換器３１は低圧側の蒸発
器として作用する。
【００７８】
よって、電動圧縮機２７から吐出された高温高圧の冷媒は水冷媒熱交換器２０にて冷却
水へ放熱することで温度が低下する。水冷媒熱交換器２０を通過した高圧冷媒は第１減圧
器２９で減圧されることなく、高圧状態のまま通過して室外熱交換器１８に流入する。こ
の室外熱交換器１８では高圧冷媒が室外空気と熱交換して放熱することで更に温度が低下
する。
【００７９】
室外熱交換器１８を通過した高圧冷媒は内部熱交換器３２にて低温の低圧冷媒（圧縮機
吸入冷媒）と熱交換して更に放熱し温度が低下する。しかる後、高圧冷媒は第２減圧器３
０にて減圧され、低温低圧の気液２相状態となる。
【００８０】
この低圧冷媒が室内熱交換器３１に流入して室内送風機３８の送風空気から吸熱して蒸
発するので、室内熱交換器３１は室内送風機３８の送風空気を冷却する冷却器（吸熱器）
として作用する。
【００８１】
冷房モードでは、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路（
コア面）を全閉する位置（図１の破線位置）に維持されるので、室内熱交換器３１を通過
して冷却された冷風の全量がヒータコア１２のバイパス通路３９ａ、３９ｂを通過して車
室内へ吹き出す。
【００８２】
車室内吹出空気の温度制御は電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）によって行う。
すなわち、温度センサ４９により検出される室内熱交換器３１の吹出空気温度ＴＥが目標
吹出温度ＴＡＯとなるように電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行えばよい。
【００８３】
なお、冷房モードでは、室外熱交換器（高圧側放熱器）１８の出口冷媒温度を温度セン
サ４７により検出し、この室外熱交換器出口の高圧冷媒温度に基づいて冷凍サイクルＲの
成績係数（ＣＯＰ）が最大となる目標高圧ＰＯを算出し、圧力センサ４３により検出され
る圧縮機吐出圧力、すなわち実際の高圧圧力ＰＨが目標高圧ＰＯとなるように第２減圧器
３０の絞り開度を制御して、冷凍サイクルＲの効率向上を図っている。
【００８４】
一方、冷房モードにおける温水回路側の作動を説明すると、冷房モードでは第１、第２
温水回路１１、１３間の開閉弁２６を開弁し、第２温水回路１３側の開閉弁２３を閉弁す
る。これにより、第１温水回路１１と第２温水回路１３が１つの温水回路として接続され
た状態となるので、水ポンプ１４、２１を作動させることにより、燃料電池１０の冷却水
が第１温水回路１１と第２温水回路１３の両方を循環する。
【００８５】
第１温水回路１１では、燃料電池１０を通過した後の冷却水温度がサーモスタット１６
のサーモワックスにより設定される所定温度以上になると、サーモスタット１６がラジエ
ータ１５側の通路を開弁するので、冷却水がラジエータ１５を通過して流れる。このため
、ラジエータ１５にて冷却水が室外空気中に放熱して冷却される。ラジエータ１５通過後
の冷却水は、第２温水回路１３側の冷却水と合流して水ポンプ１４に吸入され、燃料電池
１０に戻り、燃料電池１０を冷却する。
【００８６】
これに対し、第２温水回路１３では、燃料電池１０を通過した冷却水が開閉弁２６を通
過して流入し、この流入冷却水は水ポンプ２１を通過してヒータコア１２に流入する。こ
こで、ヒータコア１２の通風路はエアミックスドア４０ａ、４０ｂにより全閉されている
ので、冷却水はヒータコア１２で放熱しない。
【００８７】
ヒータコア１２を通過した冷却水は次に水冷媒熱交換器２０の冷却水通路２０ｂを通過
する際に、高温の圧縮機吐出冷媒から吸熱して温度上昇し、その後、ラジエータ１５通過
後の冷却水と合流する。従って、冷房モード時には、冷凍サイクルＲの圧縮機吐出冷媒の
熱量の一部が第１温水回路１１のラジエータ１５を通して室外空気中に放熱される。
【００８８】
また、サーモスタット１６がラジエータ１５側の通路を閉塞しているときは、水冷媒熱
交換器２０において圧縮機吐出冷媒から冷却水側へ放熱される熱量によって冷却水温度の
立ち上がりを早めて、燃料電池１０を効率のよい温度まで速やかに上昇させる。
２．暖房モード（図３のＳ２００）
暖房モード時では、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流路を図１の
破線の状態に切り替えるので、冷凍サイクルＲでは電動圧縮機２７を作動させると、斜線
矢印で示すように電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方
弁２８→室内熱交換器３１→第２減圧器３０→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ａ→室外
熱交換器１８→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ｂ→
電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
【００８９】
暖房モードにおいても、第１減圧器２９は圧損をほとんど生じない全開状態に維持され
るので、圧縮機吐出冷媒が高圧状態のまま室内熱交換器３１に流入する。従って、室内熱
交換器３１が高圧側冷媒の放熱器として作用する。これに対し、第２減圧器３０は後述の
所定絞り開度に制御され、高圧側冷媒を減圧するので、室外熱交換器１８は低圧側冷媒の
吸熱器（蒸発器）として作用する。
【００９０】
よって、暖房モード時では、電動圧縮機２７から吐出された高温高圧の冷媒がまず水冷
媒熱交換器２０にて冷却水へ放熱し、冷媒温度が低下する。水冷媒熱交換器２０を通過し
た高圧冷媒は第１減圧器２９で減圧されることなく、高圧状態のまま通過して室内熱交換
器３１に流入する。
【００９１】
従って、この室内熱交換器３１で高圧冷媒が室内送風機３８の送風空気（冬期の低温空
気）に放熱することで、送風空気が加熱される。この加熱空気を温水式ヒータコア１２で
更に加熱して車室内へ吹き出し、車室内を暖房する。
【００９２】
ここで、暖房モード特有の作動を図４のフローチャ−トに基づいて説明する。先ず、ス
テップＳ３００にて、室内熱交換器３１の吹出空気温度ＴＥ（センサ４９の検出温度）と
ヒータコア１２への流入冷却水温度ＴＷ２（センサ４２の検出温度）とを比較し、吹出空
気温度ＴＥが冷却水温度ＴＷ２より高いときはステップＳ３１０に進み、エアミックスド
ア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全閉位置（図１の破線位置）に操作す
る。
【００９３】
これにより、室内熱交換器３１の加熱空気が温水式ヒータコア１２のバイパス通路３９
ａ、３９ｂを通過してそのまま車室内へ吹き出す。従って、室内熱交換器３１の加熱空気
がヒータコア１２の低温冷却水に吸熱され、温度低下するのを防止できる。
【００９４】
これに対し、冷却水温度ＴＷ２が吹出空気温度ＴＥより高いときはステップＳ３２０に
進み、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（図１
の実線位置）に操作する。これにより、室内熱交換器３１で加熱された空気の全量を温水
式ヒータコア１２で再度加熱して車室内吹出空気の温度を上昇させる。
【００９５】
暖房モードは前述の図３のステップＳ１９０、Ｓ２００から分かるように、ＴＷ２＜Ｔ
ＷＯである時に決定され、このような冷却水温度条件下では冷凍サイクルＲを作動させ、
温水式ヒータコア１２に流入する冷却水温度ＴＷ２（センサ４２の検出温度）が目標水温
ＴＷＯとなるように、電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行っている。そこで、
この場合はエアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（
図１の実線位置）に維持して、室内熱交換器３１の加熱空気を温水式ヒータコア１２で最
大限、再加熱して暖房性能を高める。
【００９６】
なお、燃料電池１０の廃熱のみで冷却水温度ＴＷ２が上昇して目標水温ＴＷＯに達する
場合は、図３のステップＳ２１０により停止モードを決定し、冷凍サイクルＲの作動を停
止するので、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを所定開度位置に制御して冷風と温風の風
量割合を調節し、これにより、車室内吹出空気温度を目標温度ＴＡＯとなるように調節す
る。
【００９７】
次に、ステップＳ３３０において、第１温水回路１１の冷却水温度ＴＷ１（センサ４１
の検出温度）と、第２温水回路１３の冷却水温度ＴＷ２（センサ４２の検出温度）とを比
較する。燃料電池１０の始動時には、第１温水回路１１の冷却水温度ＴＷ１と第２温水回
路１３の冷却水温度ＴＷ２とが同等温度になっているので、ステップＳ３３０の判定がＮ
Ｏとなり、ステップＳ３４０に進み、開閉弁２６を閉弁状態とし、開閉弁２３を開弁状態
とする。これにより、第１温水回路１１と第２温水回路１３との間で冷却水が循環しない
状態、すなわち、両温水回路１１、１３の切り離し状態が設定される。
【００９８】
従って、第１温水回路１１では冷却水が燃料電池１０の廃熱によって加熱され、水温が
上昇する。一方、第２温水回路１３では水冷媒熱交換器２０における高圧冷媒の放熱によ
り冷却水が加熱され、水温が上昇する。
【００９９】
この水冷媒熱交換器２０での高圧冷媒の放熱に際して、第２温水回路１３を第１温水回
路１１から切り離すことにより、水冷媒熱交換器２０の放熱対象の冷却水量を第２温水回
路１３内のみの少量にすることができる。この結果、水冷媒熱交換器２０の放熱により第
２温水回路１３内の冷却水温度を速やかに上昇できる。
【０１００】
一方、燃料電池１０の始動後時間が経過して、燃料電池１０の廃熱により第１温水回路
１１の冷却水温度ＴＷ１が上昇し、この冷却水温度ＴＷ１が第２温水回路１３の冷却水温
度ＴＷ２より高くなると、ステップＳ３３０の判定がＹＥＳとなる。そのため、ステップ
Ｓ３５０に進み、開閉弁２６を開弁状態とし、開閉弁２３を閉弁状態とする。これにより
、第１温水回路１１と第２温水回路１３との間で冷却水が循環する状態、すなわち、両温
水回路１１、１３の接続状態が設定される。
【０１０１】
従って、この接続状態では両温水回路１１、１３にわたって冷却水が流れ、冷却水は燃
料電池１０の廃熱と水冷媒熱交換器２０での高圧冷媒の放熱とにより加熱され、温水式ヒ
ータコア１２にて冷却水が車室内吹出空気に放熱する。つまり、燃料電池１０の廃熱をも
利用して車室内を暖房できる。
【０１０２】
暖房モード時では、温水式ヒータコア１２に流入する冷却水温度ＴＷ（センサ４２の検
出温度）が目標水温ＴＷＯとなるように、電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行
うが、上記した両温水回路１１、１３の接続状態では燃料電池１０の廃熱による冷却水加
熱分があるので、水冷媒熱交換器２０での高圧冷媒による冷却水加熱分は、必要とする目
標冷却水温度ＴＷＯに対する燃料電池廃熱による冷却水加熱の不足分だけでよい。
【０１０３】
また、暖房モード時でも第２減圧器３０の絞り開度制御は冷房モード時と同じ考え方で
行う。すなわち、室内熱交換器３１（高圧側放熱器）の出口冷媒温度を温度センサ４８に
より検出し、この室内熱交換器３１出口の高圧冷媒温度に基づいて冷凍サイクルＲの成績
係数（ＣＯＰ）が最大となる目標高圧ＰＯを算出し、圧力センサ４３により検出される圧
縮機吐出圧力、すなわち実際の高圧圧力ＰＨが目標高圧ＰＯとなるように第２減圧器３０
の絞り開度を制御して、冷凍サイクルＲの効率向上を図る。
【０１０４】
なお、暖房モード時では、内部熱交換器３２の両冷媒通路３２ａ、３２ｂをともに低圧
冷媒が流れるので、内部熱交換器３２での熱交換は行われない。
３．低吹出温度の第１除湿暖房モード（図３のＳ１７０）
この第１除湿暖房モードでは、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流
路を図１の太実線の状態に切り替えるので、電動圧縮機２７を作動させると、冷凍サイク
ルＲでは白抜き矢印で示す冷房モード時と同じ冷媒流れ経路にて冷媒が循環する。すなわ
ち、電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方弁２８→室外
熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒流路３２ａ→第２減圧器３０→室内熱交換
器３１→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側冷媒流路３２ｂ→
電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
【０１０５】
但し、第１除湿暖房モードでは、第１減圧器２９の開度を所定の中間絞り開度に制御す
ることにより、室外熱交換器１８での冷媒圧力を中間圧に制御して室外熱交換器１８での
冷媒放熱量を調整できる。このことから、水冷媒熱交換器２０での水側への冷媒放熱量を
調整できる。
【０１０６】
室外熱交換器１８にて室外空気に放熱した中間圧の冷媒は内部熱交換器３２を通過して
第２減圧器３０で減圧され低温低圧の冷媒となる。この低圧冷媒は次に室内熱交換器３１
で室内送風機３８の送風空気から吸熱して蒸発し、送風空気を冷却する。室内熱交換器３
１を通過した冷媒は、四方弁２８、アキュムレータ３３、内部熱交換器３２を通過して電
動圧縮機２７に吸入される。
【０１０７】
室内熱交換器３１で冷却され、除湿された送風空気は、次に温水式ヒータコア１２にて
加熱される。この際、第１減圧器２９の開度制御により上記のように水冷媒熱交換器２０
での水側への冷媒放熱量を調整することにより、温水式ヒータコア１２における空気加熱
能力を調整できる。
【０１０８】
第１除湿暖房モードでは、水冷媒熱交換器２０と室外熱交換器１８の両方が冷媒放熱部
となり、水側への冷媒放熱量が下記の第２除湿暖房モードに比較して小さくなるとともに
、室内熱交換器３１での冷媒蒸発温度を下記の第２除湿暖房モードに比較して低くできる
ので、車室内吹出温度を下記の第２除湿暖房モードより低くすることができる。従って、
外気温が比較的高かくて暖房熱負荷が小さい条件の時に適した低吹出温度の除湿暖房を実
現できる。
４．高吹出温度の第２除湿暖房モード（図３のＳ１８０）
この第２除湿暖房モードでは、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流
路を図１の破線の状態に切り替えるので、電動圧縮機２７を作動させると、冷凍サイクル
Ｒでは斜線矢印で示す暖房モード時と同じ冷媒流れ経路にて冷媒が循環する。すなわち、
電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方弁２８→室内熱交
換器３１→第２減圧器３０→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ａ→室外熱交換器１８→四
方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ｂ→電動圧縮機２７の
吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。、
但し、第２除湿暖房モードでは、第１減圧器２９の絞り開度を十分小さくして、第１減
圧器２９による減圧量により室内熱交換器３１がサイクル低圧側の蒸発器（吸熱器）とし
て作用する。換言すると、室内熱交換器３１が蒸発器として作用しうる減圧量が得られる
程度まで第１減圧器２９の絞り開度を十分小さくする。
【０１０９】
そして、第２除湿暖房モードでは、室内熱交換器３１と室外熱交換器１８の両者がサイ
クル低圧側の蒸発器として作用する。
【０１１０】
しかも、室内熱交換器３１と室外熱交換器１８の両者の吸熱量をすべて水冷媒熱交換器
２０で水側へ放熱するから、水側への放熱量が第１除湿暖房モードに比較して増大し、温
水式ヒータコア１２における空気加熱能力を増大できる。
【０１１１】
この結果、第２除湿暖房モードでは、車室内吹出温度を第１除湿暖房モードに比較して
高くすることができる。従って、外気温が比較的低くて、暖房熱負荷が大きい条件の時に
適した高吹出温度の除湿暖房を実現できる。
【０１１２】
なお、第１除湿暖房モードおよび第２除湿暖房モードの双方において温水回路側の開閉
弁２３、２６の開閉制御は、図４のＳ３３０、Ｓ３４０、Ｓ３５０の制御を暖房モード時
と同様に行えばよい。
【０１１３】
また、第１除湿暖房モードおよび第２除湿暖房モードの双方において、エアミックスド
ア４０ａ、４０ｂの開度制御も暖房モード時と同様に行えばよい。つまり、温水式ヒータ
コア１２に流入する冷却水温度ＴＷ２（センサ４２の検出温度）が目標水温ＴＷＯとなる
ように、電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行っている場合は、エアミックスド
ア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（図１の実線位置）に維持し
て、室内熱交換器３１の冷却空気を温水式ヒータコア１２で最大限、再加熱する。
【０１１４】
これに反し、燃料電池１０の廃熱のみで冷却水温度ＴＷ２が上昇して目標水温ＴＷＯに
達する場合は、冷凍サイクルＲの運転モードを冷房サイクル（図３のＳ１５０）に切り替
えるとともに、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを所定開度位置に制御して、車室内吹出
空気温度が目標温度ＴＡＯとなるように調節する。
【０１１５】
上述したように第１実施形態によると、暖房モードにおいて、燃料電池１０側の冷却水
温度が低い始動初期では、温水式ヒータコア１２を有する第２温水回路１３を燃料電池１
０側の第１温水回路１１から切り離して、冷凍サイクルＲの水冷媒熱交換器２０で第２温
水回路１３側の冷却水のみを加熱しながら、冷凍サイクルＲの室内熱交換器３１にて車室
内吹出空気を加熱できる。
【０１１６】
ここで、室内熱交換器３１の熱容量は水冷媒熱交換器２０に比較して大幅に小さいから
、冷凍サイクルＲの始動後、室内熱交換器３１の温度は急速に上昇させることができる。
そのため、冷凍サイクル始動後に、室内熱交換器３１によって車室内吹出空気を直ちに加
熱し、車室内吹出空気の温度を上昇できる。
【０１１７】
そして、第２温水回路１３側の冷却水温度ＴＷ２と室内熱交換器３１直後の吹出空気温
度ＴＥとを比較して、第２温水回路１３側の冷却水温度ＴＷ２が室内熱交換器３１直後の
吹出空気温度ＴＥより低いときはエアミックスドア４０ａ、４０ｂにより温水式ヒータコ
ア１２の通風路を全閉するから、室内熱交換器３１によって加熱された空気の熱量が温水
式ヒータコア１２にて低温の冷却水に吸熱されるという不具合を防止できる。
【０１１８】
更に、水冷媒熱交換器２０の加熱対象の水が第２温水回路１３側のみの少量となり、第
２温水回路１３側の冷却水温度の上昇を早めることができる。よって、温水式ヒータコア
１２による空気加熱作用を発揮できる状態を早めに作ることができる。以上のことが相俟
って、燃料電池１０の始動初期における暖房即効性を向上できる。
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、燃料電池１０の始動初期における暖房即効性の向上を重視し
た温水回路制御例について説明したが、第２実施形態は、燃料電池１０の低温起動時にお
ける暖機促進を図るものである。
【０１１９】
図５は第２実施形態による温水回路制御例を示すフローチャ−トであり、図４に対してステップＳ３６０による燃料電池１０側の冷却水温度ＴＷ１（センサ４１の検出温度）の判定ステップを追加している。この判定ステップＳ３６０では、燃料電池１０側の冷却水温度ＴＷ１が暖機促進が必要となる所定の低温度ｂ（例えば０℃）以下であるか判定する。  そして、燃料電池１０側の冷却水温度ＴＷ１が所定の低温度ｂ以下であるときは判定ステップＳＳ３５０に進み、開閉弁２６を開弁状態とし、開閉弁２３を閉弁状態とする。これにより、第１温水回路１１と第２温水回路１３との間で冷却水が循環する状態、すなわち、両温水回路１１、１３の接続状態が設定される。
【０１２０】
従って、この接続状態では両温水回路１１、１３にわたって冷却水が流れ、冷却水は燃
料電池１０の廃熱と水冷媒熱交換器２０での高圧冷媒の放熱とにより加熱されるので、燃
料電池１０側の冷却水温度ＴＷ１の上昇を早めて、燃料電池１０の低温起動時における暖
機を促進できる。
【０１２１】
そして、燃料電池１０側の冷却水温度ＴＷ１が所定の低温度ｂより高くなると、上記ス
テップＳ３６０からステップＳ３３０に進み、以後、第１実施形態と同じ温水回路制御を
行う。
（第３実施形態）
上述の第１実施形態では、冷凍サイクルＲの水冷媒熱交換器２０を第２温水回路１３において温水式ヒータコア１２の下流側に接続しているが、第３実施形態では図６に示すように冷凍サイクルＲの水冷媒熱交換器２０を第２温水回路１３において温水式ヒータコア１２の上流側に接続している。
【０１２２】
これにより、第３実施形態では水冷媒熱交換器２０で加熱された温水を直ちに温水式ヒータコア１２に流入させることができる。そのため、水冷媒熱交換器２０で加熱された高温温水の熱を他部位で無駄に放出することなく車室内暖房のために有効利用できる。その結果、車室内暖房の立ち上げを一層促進できる。なお、第３実施形態のその他の点は第１実施形態と同じである。
（第４実施形態）
上述の第１〜第３実施形態では、冷凍サイクルＲの冷媒流れを切り替える四方弁２８を有し、暖房モード時および高吹出温度の第２除湿暖房モード時には四方弁２８の流路切替により水冷媒熱交換器２０の冷媒流れ下流側に室内熱交換器３１を接続しているが、第４実施形態では図７に示すように、四方弁２８を廃止して、室内熱交換器３１が常時、サイクル低圧側に接続される構成にしている。そのため、第４実施形態では、暖房モード時および高吹出温度の第２除湿暖房モード時にも室内熱交換器３１が水冷媒熱交換器２０の冷媒流れ下流側に接続されない構成になっている。
【０１２３】
図７に基づいて第４実施形態の相違点を具体的に説明すると、水冷媒熱交換器２０の高圧冷媒通路２０ａの出口側を第１減圧器２９と第１バイパス弁６１との並列回路を介して室外熱交換器１８の冷媒入口側に接続している。
【０１２４】
また、室内熱交換器３１の冷媒出口側をアキュムレータ３３の冷媒入口側に直接接続するとともに、第２減圧器３０と室内熱交換器３１との直列回路に対して第２バイパス弁６２を並列に設けている。なお、第１バイパス弁６１および第２バイパス弁６２は空調制御装置５５（図２）により開閉制御される開閉弁であり、電磁弁にて構成できる。
【０１２５】
また、冷凍サイクルＲの水冷媒熱交換器２０を第２温水回路１３において温水式ヒータコア１２の上流側に接続している点は第３実施形態と同じである。
【０１２６】
第４実施形態の他の点は第１実施形態と同じである。従って、第４実施形態の第１減圧器２９および第２減圧器３０は第１実施形態と同様に冷媒絞り通路面積を電気的に調整可能な電気膨張弁にて構成される。
【０１２７】
次に、第４実施形態の作動を説明する。冷房モードの設定時には、空調制御装置５５の制御出力にて第１バイパス弁６１が開弁し、第２バイパス弁６２が閉弁する。このため、冷凍サイクルＲでは、圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０の高圧冷媒通路 ２０ａ→第１バイパス弁６１→室外熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒通路３２ａ→第２減圧器３０→室内熱交換器３１→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側冷媒通路３２ｂ→圧縮機２７の吸入側に至る閉回路で冷媒が循環する。
【０１２８】
この冷媒流れ流路において、水冷媒熱交換器２０および室外熱交換器１８が高圧側の冷媒放熱器として作用し、一方、室内熱交換器３１が低圧側の冷媒吸熱器として作用する。これにより、室内熱交換器３１が車室内吹出空気の冷却作用をなして車室内を冷房できる。
【０１２９】
次に、暖房モードの設定時には、空調制御装置５５の制御出力にて第１バイパス弁６１が閉弁し、第２バイパス弁６２が開弁する。このため、冷凍サイクルＲでは、圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０の高圧冷媒通路２０ａ→第１減圧器２９→室外熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒通路３２ａ→第２バイパス弁６２→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側冷媒通路３２ｂ→圧縮機２７の吸入側に至る閉回路で冷媒が循環する。
【０１３０】
この冷媒流れ流路において、水冷媒熱交換器２０が高圧側の冷媒放熱器として作用し、一方、室外熱交換器１８が低圧側の冷媒吸熱器として作用する。また、室内熱交換器３１は第２バイパス弁６２により短絡されるので、冷媒が流れない。
【０１３１】
従って、サイクル高圧側冷媒の熱はすべて水冷媒熱交換器２０にて第２温水回路１３の温水に放出され、温水を加熱する。この加熱された高温の温水をヒータコア１２に循環して、車室内を暖房できる。なお、燃料電池１０の起動時における温水側開閉弁２３、２６の開閉制御は第１実施形態（図４）あるいは第２実施形態（図５）と同様に行えばよい。
【０１３２】
次に、除湿暖房モードの設定時には、空調制御装置５５の制御出力にて第１バイパス弁６１および第２バイパス弁６２がともに閉弁する。このため、冷凍サイクルＲでは、圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０の高圧冷媒通路 ２０ａ→第１減圧器２９→室外熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒通路３２ａ→第２減圧器３０→室内熱交換器３１→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側冷媒通路３２ｂ→圧縮機２７の吸入側に至る閉回路で冷媒が循環する。
【０１３３】
この冷媒流れ流路において、水冷媒熱交換器２０が高圧側の冷媒放熱器として作用し、一方、室内熱交換器３１が低圧側の冷媒吸熱器として作用する。これにより、室内熱交換器３１で冷却除湿された低温空気をヒータコア１２で再加熱して、車室内を除湿暖房できる。
【０１３４】
この除湿暖房モード時において、低吹出温度の第１除湿暖房モードを設定するときは、空調制御装置５５の制御出力にて第１減圧器２９の絞り通路面積を大きくして、第１減圧器２９の圧損を小さくするとともに、第２減圧器３０の絞り通路面積を小さくして、第２減圧器３０の圧損を大きくする。これにより、室外熱交換器１８が高圧側の冷媒放熱器として作用するので、水冷媒熱交換器２０での放熱量が減少して、低吹出温度の第１除湿暖房モードを実行できる。
【０１３５】
これに対し、高吹出温度の第２除湿暖房モードを設定するときは、空調制御装置５５の制御出力にて第１減圧器２９の絞り通路面積を小さくして、第１減圧器２９の圧損を大きくするとともに、第２減圧器３０の絞り通路面積を大きくして、第２減圧器３０の圧損を小さくする。これにより、室外熱交換器１８が低圧側の冷媒吸熱器として作用するので、水冷媒熱交換器２０での放熱量が増加して、高吹出温度の第２除湿暖房モードを実行できる。
（他の実施形態）
上述の第１〜第４実施形態では、両温水回路１１、１３間の切り離し、接続を行う弁手
段として、温水通路を開閉する開閉弁２３、２６を使用しているが、この弁手段として温
水通路の通路開口面積を連続的に調整可能な流量調整タイプの弁を使用してもよい。
【０１３６】
従って、この流量調整タイプの弁を使用すれば、両温水回路１１、１３間の接続状態を設定する場合に、例えば、開閉弁２６に対応する弁を全開状態から多少絞った状態に設定し、開閉弁２３に対応する弁を全閉とせずに若干の開度だけ開弁した状態を設定できる。
【０１３７】
また、第１実施形態では、車両搭載の発熱機器として燃料電池１０を使用し、燃料電池
１０の冷却水を循環する温水回路１１、１３を構成する場合について説明したが、燃料電
池１０の代わりに、電気自動車の走行用電動モータやハイブリッド車の走行用エンジン等
を発熱機器として使用し、これらの発熱機器の冷却水を循環する温水回路１１、１３を構
成する場合にも本発明は同様に適用できる。
【０１３８】
また、第１実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）を使用し、かつ、内部熱交
換器３２を備える冷凍サイクルＲについて説明したが、冷媒として通常のフロン系の冷媒
を使用し、内部熱交換器３２を備えない冷凍サイクルにも本発明は同様に適用できる。
【０１３９】
また、第１、第３、第４実施形態では、温水式ヒータコア１２の両側にバイパス通路３９ａ、３９ｂを形成し、この両バイパス通路３９ａ、３９ｂと、温水式ヒータコア１２の通風路とを連動操作される２枚のエアミックスドア４０ａ、４０ｂを用いて開閉しているが、温水式ヒータコア１２の片側のみにバイパス通路を形成し、この片側の１つのバイパス通路と温水式ヒータコア１２の通風路とを１枚のエアミックスドアで開閉する形式の室内空調ユニット部３５に対しても本発明は同様に適用できる。
【０１４０】
また、第１実施形態では、図３のステップＳ１３０において空調パネル５６の冷却モー
ドスイッチが投入されているか判定して、この冷却モードスイッチの投入により室内熱交
換器３１の冷却モードの指令信号が出ていると判定しているが、この冷却モードスイッチ
を廃止して、室内熱交換器３１の冷却モードの必要な条件を、目標吹出空気温度ＴＡＯ、
外気温等に基づいて自動的に判定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の第１実施形態を示す冷凍サイクル、温水回路および室内空調ユニット部を含む全体システム構成図である。
【図２】第１実施形態の電気制御部のブロック図である。
【図３】第１実施形態による冷凍サイクル運転モードの決定方法を示すフローチャ−トである。
【図４】第１実施形態による暖房モード制御の具体例を示すフローチャ−トである。
【図５】第２実施形態による暖房モード制御の具体例を示すフローチャ−トである。
【図６】第３実施形態を示す冷凍サイクル、温水回路および室内空調ユニット部を含む全体システム構成図である。
【図７】第４実施形態を示す冷凍サイクル、温水回路および室内空調ユニット部を含む全体システム構成図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０…燃料電池（発熱機器）、１１…第１温水回路、１２…温水式ヒータコア、
１３…第２温水回路、２０…水冷媒熱交換器、２３、２６…開閉弁（弁手段）、
２７…圧縮機、３１…室内熱交換器。
【図１】
2005263200.tif 000003
【図２】
2005263200.tif 000004
【図３】
2005263200.tif 000005
【図４】
2005263200.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005263200.tif 000008
【図７】
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