(57)【要約】【課題】冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑えて省エネルギー性向上を図ることができる車両用液体循環システムを提供する。【解決手段】車両用液体循環システム５０は、冷媒回路１０と、ポンプ２１、冷媒水熱交換器２、複数の熱交換器２２、３０ａ、３０ｂからなる水回路と、制御装置４０を備える。第１熱交換器２２は送風空気に熱伝達するとともに、第２熱交換器３０ａは輻射により、第３熱交換器３０ｂは熱伝導により在席者へ伝熱する構成とし、暖房運転起動時、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が人体温度付近未満の場合、バイパス弁３２を開として温水の循環のみを行い、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ水を流入させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、前記冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、前記冷媒水熱交換器と直列に接続された第１熱交換手段、前記第１熱交換手段と直列に接続された第２熱交換手段、前記第２熱交換手段をバイパスするバイパス回路、前記バイパス回路に設けられた開閉手段を有する水回路と、制御手段とを備え、前記第１熱交換手段は送風手段が発する空気により熱伝達するとともに、前記第２熱交換手段は車室内を構成する部品の表面または内部に設置され、熱伝導、または輻射により伝熱することを特徴とする車両用液体循環システム。
【請求項２】
前記第２熱交換手段を複数設置し、かつそれぞれを並列に設置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用液体循環システム。
【請求項３】
前記第２熱交換手段を流れる水流量を調整する流量調整手段を配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用液体循環システム。
【請求項４】
暖房運転時において、前記第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度未満の場合に、前記開閉手段により前記バイパス回路に水を流入させ、かつ前記流量調整手段により前記第２熱交換手段に水が流入するのを防止することを特徴とする請求項３に記載の車両用液体循環システム。
【請求項５】
暖房運転時において、前記第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度以上の場合に、前記開閉手段により前記バイパス回路に水が流入するのを防止し、かつ前記流量調整手段により前記第２熱交換手段に水を流入させることを特徴とする請求項３に記載の車両用液体循環システム。
【請求項６】
冷房運転時において、前記第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度超の場合に、前記開閉手段により前記バイパス回路に水を流入させ、かつ前記流量調整手段により前記第２熱交換手段に水が流入するのを防止することを特徴とする請求項３に記載の車両用液体循環システム。
【請求項７】
冷房運転時において、前記第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度以下の場合に、前記開閉手段により前記バイパス回路に水が流入するのを防止し、かつ前記流量調整手段により前記第２熱交換手段に水を流入させることを特徴とする請求項３に記載の車両用液体循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン冷却水を有しない電気自動車や空冷式内燃機関搭載車等の車室内の冷暖房に利用される車両用液体循環システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車のようなエンジン冷却水からの排熱を利用して車室内の暖房ができない車両用の空気調和装置として、空気から熱を汲み上げるヒートポンプ技術を用いたものがあった。
【０００３】
この技術は、圧縮機、冷媒水熱交換器、蒸発器を有する冷凍サイクルと、温水を循環させるポンプ、ダクト内に設置され、流入した温水によりダクト内を流れる空気を加熱する温水式加熱器を有する温水サイクルとを備えることにより、エンジン排熱を用いずに、ヒートポンプ技術により車室内の暖房を行うものである。例えば、特許文献１には、図５に示すような車両用空気調和装置１００が開示されている。
【０００４】
この車両用空気調和装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１１０と、温水を循環させる水回路１２０とを備えている。冷媒回路１１０は、圧縮機１０１、冷媒水熱交換器１０２、減圧手段１０３、および蒸発器１０４が配管により環状に接続されており、一方、水回路１２０は、ポンプ１１１、冷媒水熱交換器１０２、ダクト１１５内に設置された温水ヒータコア１１２が配管により環状に接続されている。
【０００５】
冷媒回路１１０における冷媒水熱交換器１０２にて高温高圧冷媒の凝縮熱によって加熱された温水が、ポンプ１１１によりダクト１１５内の温水ヒータコア１１２に搬送され、温水ヒータコア１１２では、送風機１１３の作用によりダクト１１５内を流れる空気と熱交換して空気を加熱する。その加熱された空気は、送風機１１３の作用により車室内へ吹き出され、車室内が暖房される。
【０００６】
このように空気熱源のヒートポンプ技術を用いることにより、エンジン排熱を使用せずに、車室内の暖房が可能になる車両用空気調和装置を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４７７８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、車室内での快適性の観点で以下のような問題が生じる。つまり、前記従来の構成による暖房方式は、温水ヒータコア１１２内の温水と、ダクト１１５内を流れる空気とが熱交換することにより空気を加熱し、その空気を車室内に吹き出して車室内空間の暖房運転を行うという、いわゆる強制対流を利用した暖房方式である。
【０００９】
このようなヒートポンプ熱源による強制対流式暖房では、例えば、冬季の低外気温条件での暖房運転開始時、冷媒回路１１０側の凝縮圧力が上昇して、水回路１２０側にて温水ヒータコア１１２へ流入する水温を最低約４０℃以上にして、車室内に在席する人体の体温より、最低でも数度以上は高い温度の空気をダクト１１５から吹き出さない限り、在席者が快適と感じるまでには至らない。
【００１０】
つまり、暖房運転開始後、車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、暖房起動時の快適性が低いという問題があった。
【００１１】
また、前記従来の構成では、車室内の空間全体を暖房する方式であるため、在席人数が少ない場合には不必要なエネルギーを使用することになり、省エネルギー性面でも問題があった。
【００１２】
さらに、前記従来の構成の冷媒回路１１０において、冷媒を逆方向に流動させることにより、冷房運転が可能になるが、この場合も暖房運転と同様、運転開始時後に車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、冷房起動時の快適性が低いという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、在席者の人数や温熱感の違いに対応しながら、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる車両用液体循環システム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】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明の車両用液体循環システムは、水回路において、第１熱交換手段、第２熱交換手段を順次、直列に接続し、前記第２熱交換手段をバイパスするバイパス回路、前記バイパス回路に設けられた開閉手段を備え、前記第１熱交換手段は送風手段が発する空気により熱伝達するとともに、前記第２熱交換手段は車室内を構成する部品の表面または内部に設置され、熱伝導、または輻射により伝熱することを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、対流熱伝達を利用する第１熱交換手段による冷暖房運転では、人間の体温との温度差を大きく設定する必要があるのに対して、熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換手段による車室内での冷暖房運転では、人間の体温との温度差を比較的小さく設定しても同等の快適性を得ることができ、エネルギー消費量の低減が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の車両用液体循環システムは、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用液体循環システムの概略構成図
【図２】実施の形態１における制御装置が行う暖房運転起動制御のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２に係る車両用液体循環システムの概略構成図
【図４】実施の形態２における制御装置が行う冷房運転起動制御のフローチャート
【図５】従来の冷凍サイクル装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、前記冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、前記冷媒水熱交換器と直列に接続された第１熱交換手段、前記第１熱交換手段と直列に接続された第２熱交換手段、前記第２熱交換手段をバイパスするバイパス回路、前記バイパス回路に設けられた開閉手段を有する水回路と、制御手段とを備え、前記第１熱交換手段は送風手段が発する空気により熱伝達するとともに、前記第２熱交換手段は車室内を構成する部品の表面または内部に設置され、熱伝導、または輻射により伝熱することを特徴とするものである。
【００１９】
このことにより、冷媒水熱交換器で暖房用に加熱された温水、または冷房用に冷却された冷水が、まず、対流熱伝達を利用する第１熱交換手段において、空気と熱交換を行うことにより、暖房時は温水温度がやや低下し、または冷房時は冷水温度がやや上昇するが、その下流側において、熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換手段では車室内での暖房、または冷房運転を行うには十分な水温であるため、エネルギーを有効に利用できる。
【００２０】
第２の発明は、特に、第１の発明における第２熱交換手段を複数設置し、かつそれぞれを並列に設置することにより、対流熱伝達を利用する第１熱交換手段による車室内全体の冷暖房、および熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換手段による在席者ごとに局所的な冷暖房を、運転時間帯、在席者の位置、在席者の体感等により使い分けることができる。
【００２１】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明における第１熱交換手段、第２熱交換手段のそれぞれを流れる水流量を調整する流量調整手段を配設することにより、第１熱交換手段、第２熱交換手段への水流量を個別に調整することができる。
【００２２】
その結果、複数の第２熱交換手段それぞれにおける冷暖房負荷の違い、車室内在席者数の違い、車室内在席者の快適感覚の違い等に応じた水流量可変運転が可能になる。
【００２３】
第４の発明は、特に、第３の発明による暖房運転の起動時において、第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度未満の場合に、開閉手段によりバイパス回路に水を流入させ、かつ流量調整手段により第２熱交換手段に水が流入するのを防止することにより、熱伝導により伝熱する第２熱交換手段に人体温度より低温の水が流入して、座席シート等を介して在席者から熱を奪って寒冷感を与えてしまうことを防止する。
【００２４】
第５の発明は、特に、第３の発明による暖房運転の起動時において、第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度以上の場合に、開閉手段によりバイパス回路に水が流入するのを防止し、かつ流量調整手段により第２熱交換手段に水を流入させることにより、暖房運転の起動段階の水回路において、第２熱交換手段へ流入する水温が、熱伝導、または輻射を利用するための適温に達していない場合は、バイパス回路を使用して第２熱交換手段への流入を閉止し、水回路内の水を循環させ、第２熱交換手段へ流入する水温が所定水温に達した時点で、バイパス回路を使用せずに第２熱交換手段へ冷温水を流入させる。
【００２５】
これにより、暖房運転起動時には、第１熱交換手段から冷風が吹き出して在席者に冷風感を与えたり、第２熱交換手段に低温の水が流入して、座席シート等を介して在席者に寒冷感を与えることを防止できる。
【００２６】
第６の発明は、特に、第３の発明による冷房運転において、第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度超の場合に、開閉手段によりバイパス回路に水を流入させ、かつ流量調整手段により第２熱交換手段に水が流入するのを防止することにより、熱伝導により伝熱する第２熱交換手段に、人体温度より高温の水が流入して、座席シート等を介して在席者に熱を伝えて不快感を与えることを防止する。
【００２７】
第７の発明は、特に、第３の発明による冷房運転において、第２熱交換手段の入口側配管における水の温度が所定温度以下の場合に、開閉手段によりバイパス回路に水が流入するのを防止し、かつ流量調整手段により第２熱交換手段に水を流入させることにより、冷房運転の起動段階の水回路において、第２熱交換手段へ流入する水温が、熱伝導、または輻射を利用するための適温に達していない場合は、バイパス回路を使用して第２熱交換手段への流入を閉止し、水回路内の水を循環させ、第２熱交換手段へ流入する水温が所定水温に達した時点で、バイパス回路を使用せずに第２熱交換手段へ冷温水を流入させる。
【００２８】
これにより、冷房運転起動時には、第１熱交換手段から温風が吹き出して在席者に不快感を与えたり、第２熱交換手段に低温の水が流入して、座席シート等を介して在席者に不快感を与えることを防止することができる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１実施形態に係る車両用液体循環システム５０を示す。この車両用液体循環システム５０は、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、冷媒回路１０を熱源として生成される温水、または冷水を循環させる水回路２０と、制御手段である制御装置４０とを備えている。
【００３１】
冷媒回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒の流動方向を切り換える四方弁５、冷媒と水とを熱交換させる冷媒水熱交換器２、高圧冷媒を膨張させる膨張手段である膨張弁３、および冷媒と空気とを熱交換させる冷媒空気熱交換器４が配管により接続されて構成されている。
【００３２】
冷媒回路１０には、暖房運転から冷房運転、あるいは暖房運転から除霜運転へ切り換えるための四方弁５が設けられている。
【００３３】
なお、冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、またはフロン冷媒系または自然冷媒系の単一冷媒等を用いることができる。
【００３４】
一方、水回路２０は、水を搬送する循環手段であるポンプ２１、冷媒水熱交換器２、そして、冷媒水熱交換器２にて熱交換された水の熱を放熱するための第１熱交換器２２、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂ、および第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂそれぞれへの水流量を調整するための流量調整手段としての流量調整弁３１ａ、３１ｂから構成されている。
【００３５】
第１熱交換器２２は本発明における第１熱交換手段であり、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂは、本発明における第２熱交換手段である。
【００３６】
水回路２０において、第１熱交換器２２は冷媒水熱交換器２に対して直列に設置されている。また、第２熱交換器３０ａと第３熱交換器３０ｂは、第１熱交換器２２に対して直列に設置され、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂはそれぞれ並列に設置されている。流量調整弁３１ａ、３１ｂは、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂの入口側で、かつ車室外に設置されている。
【００３７】
また、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂの入口側集合配管から分岐して開閉手段であるバイパス弁３２を介して、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂの出口側集合配管へ連通するバイパス回路３５が設置されている。
【００３８】
上記構成において、第１熱交換器２２は送風ダクト２５の中に設置され、送風手段としての送風機２４の送風により対流熱伝達を利用して水から空気へ熱交換が行われる。第１熱交換器２２で熱交換された空気は送風ダクト２５の吹出口に設置された風量調整ダンパ２６を介して車室内へ吹き出される。
【００３９】
また、第２熱交換器３０ａは車室内のドア内面表面に設置され、輻射により座席シートへの在席者に温冷熱を伝え、第３熱交換器３０ｂは車室内の座席シートの内部に設置され、熱伝導により座席シート、および座席シートの在席者に温冷熱を伝える。
【００４０】
さらに、第１熱交換器２２の入口配管（冷媒水熱交換器２出口から第１熱交換器２２入口までの配管）には、第１熱交換器２２へ流入する水温を検出するための第１温度センサ２７が設置されている。第２熱交換器３０ａ、３０ｂの入口側集合配管（第１熱交換器２２出口から第２熱交換器３０ａと第３熱交換器３０ｂとの分岐部までの配管）には、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ流入する水温を検出するための第２温度センサ２８が設置され、第２熱交換器３０ａの出口配管（第２熱交換器３０ａ出口から第２熱交換器３０ａと第３熱交換器３０ｂとの合流部までの配管）、第３熱交換器３０ｂの出口配管（第３熱交換器３０ｂ出口から第２熱交換器３０ａと第３熱交換器３０ｂとの合流部までの配管）には、各々の第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂから流出する水温度を検出するための第３温度センサ２９ａ、第４温度センサ２９ｂが設置されている。
【００４１】
なお、水回路２０に使用する水としては、例えば、市水等のほか、不凍液、ブライン等を用いることができる。
【００４２】
制御装置４０は、第１温度センサ２７、第２温度センサ２８、第３温度センサ２９ａ、第４温度センサ２９ｂ、送風機２４、流量調整弁３１ａ、３１ｂ、バイパス弁３２と信号線で接続されている。
【００４３】
以上のように構成された車両用液体循環システムは、四方弁５を切り換えることで、第１熱交換器２２や第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ温水を搬送する暖房運転と、第１熱交換器２２や第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ冷水を搬送する冷房運転を行うことができる。以下、暖房運転における冷媒、および水の状態変化を説明する。
【００４４】
本実施形態の車両用液体循環システム５０では、冷媒回路１０の暖房運転により生成された温水を、水回路２０において各放熱器へ搬送して車室内の暖房に利用する暖房運転を行う。図１では暖房運転時の冷媒、および水の流れ方向を実線矢印、および破線矢印で示している。
【００４５】
まず、冷媒回路１０において、圧縮機１から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁５により冷媒水熱交換器２に流入する方向に切り換えられ、凝縮器として作用する冷媒水熱交換器２において冷媒水熱交換器２の水側流路を通過する水と熱交換して水を加熱し、冷媒自身は放熱して液化凝縮し、高圧液冷媒となる。
【００４６】
冷媒水熱交換器２から流出した高圧液冷媒は、膨張弁３によって減圧されて膨張し、低圧二相冷媒となり、蒸発器として作用する冷媒空気熱交換器４に流入する。
【００４７】
冷媒空気熱交換器４に流入した低圧二相冷媒は、ここで蒸発して空気から気化熱を吸熱して、過熱冷媒となって冷媒空気熱交換器４を流出し、圧縮機１へ戻る。
【００４８】
一方、水回路２０において、ポンプ２１から吐出された水は、冷媒水熱交換器２の水側流路において、冷媒水熱交換器２の冷媒側流路で凝縮する高温冷媒により加熱され温水となる。
【００４９】
第１熱交換器２２に温水が流入して、温水から空気へ対流熱伝達で加熱されることにより、温風が生成され、車室内の暖房を行い、水自身は空気との熱交換によって水温が低下して第１熱交換器２２から流出する。
【００５０】
その後、車室内のドア内面パネルに設置された第２熱交換器３０ａに流入した場合、在席者の体温より高い温水により加熱されたドア内面パネルから、輻射により座席シート在席者に温熱を伝え、在席者の暖房快適性を高め、水自身は輻射により座席シート在席者に温熱を伝えることよって水温が低下して第２熱交換器３０ａから流出する。
【００５１】
一方、車室内の座席シートの内部に設置された第３熱交換器３０ｂに流入した場合、在席者の体温より高い温水が、熱伝導により座席シート、および座席シート在席者に温熱を伝え、在席者の暖房快適性を高め、水自身は座席シートや在席者との熱交換によって水温が低下して第３熱交換器３０ｂから流出する。
【００５２】
そして、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂから流出した水は集合後、ポンプ２１へ戻る。
【００５３】
制御装置４０は、第１温度センサ２７、第２温度センサ２８、第３温度センサ２９ａ、第４温度センサ２９ｂによる検出温度によって、送風機２４の運転有無、流量調整弁３１ａ、３１ｂを通過する水流量、およびバイパス弁３２によるバイパス回路３５の開閉が制御される。
【００５４】
次に、図２に示すフローチャートを参照して、暖房運転起動時の制御動作内容について詳細に説明する。
【００５５】
まず、冷媒回路１０による暖房運転を開始し（ステップＳ１）、水回路２０における第１温度センサ２７により第１熱交換器２２への入口水温Ｔ１、第２温度センサ２８により第２熱交換器３０ａと第３熱交換器３０ｂの入口温度Ｔ２、第３温度センサ２９ａ、２９ｂにより第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂの出口水温Ｔ３ａ、Ｔ３ｂを検出する（ステップＳ２）。
【００５６】
そして、入口水温Ｔ１と、第２熱交換器３０ａの使用開始温度として予め設定された第１所定温度Ｔｓ１との大小関係を判定する（ステップＳ３）。
【００５７】
ステップＳ３において、入口水温Ｔ１と第１所定温度Ｔｓ１の大小関係を比較し、入口水温Ｔ１＜第１所定温度Ｔｓ１の場合、水温が十分上昇していないため、在席者の冷風感、冷温感を防止すべく、第１熱交換器２２、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂでの暖房運転は行わないように、ステップＳ４に移行する。
【００５８】
すなわち、ステップＳ４に移行して、送風機：停止、流量調整弁３１ａ、３１ｂ：全閉、バイパス弁３２：開として、第１熱交換器２２での送風は行わず、バイパス回路３５を作用させて、水回路２０における水温が上昇するまで水循環を継続させて、ステップＳ２へ戻る。
【００５９】
一方、ステップＳ３において、入口水温Ｔ１≧第１所定温度Ｔｓ１の場合、輻射パネルである第２熱交換器３０ａの使用を開始すべく、ステップＳ５に移行して、入口温度Ｔ２と、熱伝導パネルである第３熱交換器３０ｂの使用開始温度として予め設定された第２所定温度Ｔｓ２との大小関係を判定する。
【００６０】
ステップＳ５において、入口水温Ｔ１＜第２所定温度Ｔｓ２の場合、輻射パネルを使用開始し、熱伝導パネルは未使用とすべく、ステップＳ６に移行して、輻射パネルである第２熱交換器３０ａ用の流量調整弁３１ａ：所定開度Ｐ１だけ開として、ステップＳ２へ戻る。
【００６１】
このとき、流量調整弁３１ａの所定開度Ｐ１は、入口水温Ｔ２と、第３温度センサ２９ａによる出口水温Ｔ３ａとの差（Ｔ２−Ｔ３ａ）が所定温度差になるように設定されるものとする。
【００６２】
一方、ステップＳ５において、入口水温Ｔ１≧第２所定温度Ｔｓ２の場合、熱伝導パネルである第３熱交換器３０ｂの使用を開始すべく、ステップＳ７に移行して、入口水温Ｔ２と、送風機２４の運転を伴う第１熱交換器２２の使用開始温度として予め設定された第３所定温度Ｔｓ３との大小関係を判定する。
【００６３】
ステップＳ７において、入口水温Ｔ１＜第３所定温度Ｔｓ３の場合、熱伝導パネルを使用開始し、第１熱交換器２２での暖房運転は未使用とすべく、ステップＳ８に移行して、輻射パネルである第３熱交換器３０ｂ用の流量調整弁３１ｂを所定開度Ｐ２だけ開として、ステップＳ２へ戻る。
【００６４】
このとき、流量調整弁３１ｂの所定開度Ｐ２は、入口水温Ｔ２と、第４温度センサ２９ｂによる出口水温Ｔ３ｂとの差（Ｔ２−Ｔ３ｂ）が所定温度差になるように設定されるものとする。
【００６５】
一方、ステップＳ７において、入口水温Ｔ１≧第３所定温度Ｔｓ３の場合、第１熱交換器２２での暖房運転を開始すべく、ステップＳ９に移行して、送風機：運転として、暖房起動制御を終了する。
【００６６】
ここでは、各熱交換器２２、３０ａ、３０ｂ用に予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、第２所定温度Ｔｓ２、第３所定温度Ｔｓ３の大小関係は、第１所定温度Ｔｓ１＜第２所定温度Ｔｓ２＜第３所定温度Ｔｓ３として、輻射、熱伝導、対流の順で高くなるように設定している。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態において暖房運転を行う場合、圧縮機１の運転起動後、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ流入する水温が、熱伝導、または輻射を利用するための適温に達していない場合は、バイパス回路５を使用して第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへの流入を閉止し、水回路２０内の水を循環させ、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ流入する水温が所定水温に達した時点で、バイパス回路５を使用せずに第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ温水を流入させる。
【００６８】
これにより、暖房運転起動時には、熱伝導により伝熱する第３熱交換器３０ｂに低温の水が流入して、座席シートを介して在席者に寒冷感を与えることを防止でき、かつ輻射により伝熱する第２熱交換器３０ａに低温の水が流入して、ドア内側のパネルを介して在席者に寒冷感を与えることを防止できる。
【００６９】
さらに、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂに流入する水の温度が所定温度以上の場合には、送風機２４により空気と熱交換する第１熱交換器２２にて空気を加熱することにより水温が低下した比較的温度の低い温水でも、座席シート内やドア内側面等に設置された第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂを介して在席者を局所的に暖めることができ、暖房起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
【００７０】
また、暖房運転の安定時においては、対流熱伝達を利用する第１熱交換器２２による車室内全体の暖房、輻射、および熱伝導を利用する第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂによる在席者ごとに局所的な暖房を、運転時間帯、在席者の位置、在席者の体感等により使い分けることができる。
【００７１】
さらに、冷媒水熱交換器２で暖房用に加熱された温水が、まず、対流熱伝達を利用する第１熱交換器２２において、空気と熱交換を行うことにより、暖房時は温水温度がやや低下するが、熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂでは車室内での暖房運転を行うには十分な水温であるため、エネルギーを有効に利用できる。
【００７２】
すなわち、対流熱伝達を利用する第１熱交換器２２による暖房運転では、人間の体温との温度差を大きく設定する必要があるのに対して、熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂによる車室内での暖房運転では、人間の体温との温度差を比較的小さく設定しても同等の快適性を得ることができ、エネルギー消費量の低減が可能になる。
【００７３】
すなわち、温水が有する温熱を第１熱交換器２２、及び第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂを介してカスケード的に利用することにより、暖房起動時の在席者の快適性向上を図りながら、第１熱交換器２２のみを使用する場合に比べて、冷媒水熱交換器２への戻り温度を低くでき、その結果、冷媒水熱交換器２における凝縮温度を低くでき、圧縮機１における消費電力を低く抑えることが可能となる。
【００７４】
なお、図１では、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへの水流量を調整するための流量調整手段として、流量調整弁３１ａ、３１ｂのように、開度調整可能な弁としているが、流量調整弁の代わりに開閉弁として、開閉時間を制御するようにしてもよい。
【００７５】
また、各熱交換器２２、３０ａ、３０ｂ用に予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、第２所定温度Ｔｓ２、第３所定温度Ｔｓ３の大小関係は、暖房時に、輻射、熱伝導、対流の順で高くなるように設定しているが、輻射と熱伝導の大小関係については温度レベルによっては逆の関係にしてもよい。
【００７６】
（実施の形態２）
図３に、本発明の第２実施形態に係る冷房運転を行う車両用液体循環システム５０を示す。冷媒回路１０と、水回路２０の構成は第１実施形態と同一であるが、冷媒回路１０において冷房運転を行うこと、および水回路２０における流量調整弁３１ａ、３１ｂ、バイパス弁３２、送風機２４の運転制御については第１実施形態とは異なる。
【００７７】
以下、冷房運転における冷媒、および水の状態変化を説明する。
【００７８】
本実施形態の車両用液体循環システム５０では、冷媒回路１０の冷房運転により生成された冷水を、水回路２０において放熱器へ搬送して車室内の冷房に利用する冷房運転を行う。図３では冷房運転時の冷媒、および水の流れ方向を実線矢印、および破線矢印で示している。
【００７９】
まず、冷媒回路１０において、圧縮機１から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁５により冷媒空気熱交換器４に流入する方向に切り換えられ、凝縮器として作用する冷媒空気熱交換器４において空気側を流動する空気と熱交換して空気を加熱し、冷媒自身は放熱して液化凝縮する。
【００８０】
冷媒空気熱交換器４から流出した高圧液冷媒は、膨張弁３によって減圧されて膨張した後に、蒸発器である冷媒水熱交換器２の冷媒側流路に流入する。
【００８１】
冷媒水熱交換器２に流入した低圧二相冷媒は、ここで蒸発して冷媒水熱交換器２の水側流路を流動する水から気化熱を吸熱して水を冷却し、冷媒自身は過熱されて冷媒水熱交換器２を流出し、圧縮機１へ戻る。
【００８２】
一方、水回路２０において、ポンプ２１から吐出された水は、冷媒水熱交換器２において冷媒水熱交換器２の冷媒側流路で蒸発する冷温冷媒により冷却され冷水となる。
【００８３】
第１熱交換器２２に冷水が流入して、冷水から空気へ対流熱伝達で冷却除湿されることにより、低湿度の冷風が生成され、車室内の冷房を行い、水自身は空気との熱交換によって水温が上昇して第１熱交換器２２から流出する。
【００８４】
その後、車室内のドア内面パネルに設置された第２熱交換器３０ａに流入した場合、在席者の体温より低い温水により冷却されたドア内面パネルから、輻射により座席シート在席者に冷熱を伝え、在席者の冷房快適性を高め、水自身は輻射により座席シート在席者に温熱を伝えることよって水温が上昇して第２熱交換器３０ａから流出する。
【００８５】
一方、車室内の座席シートの内部に設置された第３熱交換器３０ｂに流入した場合、在席者の体温より低い温水が、熱伝導により座席シート、および座席シート在席者に冷熱を伝え、在席者の冷房快適性を高め、水自身は座席シートや在席者との熱交換によって水温が上昇して第３熱交換器３０ｂから流出する。
【００８６】
そして、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂから流出した水は集合後、ポンプ２１へ戻る。
【００８７】
制御装置４０は、第１温度センサ２７、第２温度センサ２８、第３温度センサ２９ａ、第４温度センサ２９ｂによる検出温度によって、送風機２４の運転有無、流量調整弁３１ａ、３１ｂを通過する水流量、およびバイパス弁３２によるバイパス回路３５の開閉が制御される。
【００８８】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、冷房運転起動時の制御動作内容について詳細に説明する。
【００８９】
まず、冷媒回路１０による冷房運転を開始し（ステップＳ１）、水回路２０における第１温度センサ２７により第１熱交換器２２への入口水温Ｔ１、第２温度センサ２８により第２熱交換器３０ａと第３熱交換器３０ｂの入口温度Ｔ２、第３温度センサ２９ａ、第４温度センサ２９ｂにより第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂの出口水温Ｔ３ａ、Ｔ３ｂを検出する（ステップＳ２）。
【００９０】
そして、入口水温Ｔ１と、第２熱交換器３０ａの使用開始温度として予め設定された第１所定温度Ｔｓ１１との大小関係を判定する（ステップＳ３）。
【００９１】
ステップＳ３において、入口水温Ｔ１と第１所定温度Ｔｓ１の大小関係を比較し、入口水温Ｔ１＞第１所定温度Ｔｓ１１の場合、水温が十分低下していないため、在席者の不快感を防止すべく、第１熱交換器２２、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂでの冷房運転は行わないように、ステップＳ４に移行する。
【００９２】
すなわち、ステップＳ４に移行して、送風機：停止、流量調整弁３１ａ、３１ｂ：全閉、バイパス弁３２：開として、第１熱交換器２２での送風は行わず、バイパス回路３５を作用させて、水回路２０における水温が低下するまで水循環を継続させて、ステップＳ２へ戻る。
【００９３】
一方、ステップＳ３において、入口水温Ｔ１≦第１所定温度Ｔｓ１１の場合、輻射パネルである第２熱交換器３０ａの使用を開始すべく、ステップＳ５に移行して、入口温度Ｔ２と、熱伝導パネルである第３熱交換器３０ｂの使用開始温度として予め設定された第２所定温度Ｔｓ２２との大小関係を判定する。
【００９４】
ステップＳ５において、入口水温Ｔ１＞第２所定温度Ｔｓ２の場合、輻射パネルを使用開始し、熱伝導パネルは未使用とすべく、ステップＳ６に移行して、輻射パネルである第２熱交換器３０ａ用の流量調整弁３１ａ：所定開度Ｐ１だけ開として、ステップＳ２へ戻る。
【００９５】
このとき、流量調整弁３１ａの所定開度Ｐ１は、入口水温Ｔ２と、第３温度センサ２９ａによる出口水温Ｔ３ａとの差（Ｔ２−Ｔ３ａ）が所定温度差（負値）になるように設定されるものとする。
【００９６】
一方、ステップＳ５において、入口水温Ｔ１≦第２所定温度Ｔｓ２２の場合、熱伝導パネルである第３熱交換器３０ｂの使用を開始すべく、ステップＳ７に移行して、入口水温Ｔ２と、送風機２４の運転を伴う第１熱交換器２２の使用開始温度として予め設定された第３所定温度Ｔｓ３との大小関係を判定する。
【００９７】
ステップＳ７において、入口水温Ｔ１＞第３所定温度Ｔｓ３の場合、熱伝導パネルを使用開始し、第１熱交換器２２での冷房運転は未使用とすべく、ステップＳ８に移行して、輻射パネルである第３熱交換器３０ｂ用の流量調整弁３１ｂを所定開度Ｐ２だけ開として、ステップＳ２へ戻る。
【００９８】
このとき、流量調整弁３１ｂの所定開度Ｐ２は、入口水温Ｔ２と、第４温度センサ２９ｂによる出口水温Ｔ３ｂとの差（Ｔ２−Ｔ３ｂ）が所定温度差（負値）になるように設定されるものとする。
【００９９】
一方、ステップＳ７において、入口水温Ｔ１≦第３所定温度Ｔｓ３の場合、第１熱交換器２２での冷房運転を開始すべく、ステップＳ９に移行して、送風機：運転として、冷房起動制御を終了する。
【０１００】
ここでは、各熱交換器２２、３０ａ、３０ｂ用に予め設定された第１所定温度Ｔｓ１１、第２所定温度Ｔｓ２２、第３所定温度Ｔｓ３３の大小関係は、第１所定温度Ｔｓ１１＞第２所定温度Ｔｓ２２＞第３所定温度Ｔｓ３３として、輻射、熱伝導、対流の順で低くなるように設定している。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態において冷房運転を行う場合、圧縮機１の運転起動後、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ流入する水温が、熱伝導、または輻射を利用するための適温に達していない場合は、バイパス回路５を使用して第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへの流入を閉止し、水回路２０内の水を循環させ、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ流入する水温が所定水温に達した時点で、バイパス回路５を使用せずに第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへ冷水を流入させる。
【０１０２】
これにより、冷房運転起動時には、熱伝導により伝熱する第３熱交換器３０ｂに高温の水が流入して、座席シートを介して在席者に不快感を与えることを防止でき、かつ輻射により伝熱する第２熱交換器３０ａに低温の水が流入して、ドア内側のパネルを介して在席者に不快感を与えることを防止できる。
【０１０３】
さらに、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂに流入する水の温度が所定温度以下の場合には、第１熱交換器２２にて空気を除湿冷却することにより水温が上昇した比較的温度の高い温水でも、座席シート内やドア内側面等に設置された第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂを介して在席者を局所的に冷却することができ、冷房起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
【０１０４】
また、冷房運転の安定時においては、対流熱伝達を利用する第１熱交換器２２による車室内全体の冷房、輻射、および熱伝導を利用する第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂによる在席者ごとに局所的な冷房を、運転時間帯、在席者の位置、在席者の体感等により使い分けることができる。
【０１０５】
さらに、冷媒水熱交換器２で冷房用に冷却された冷水が、まず、対流熱伝達を利用する第１熱交換器２２において、空気と熱交換を行うことにより、冷房時は温水温度がやや上昇するが、熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂでは車室内での冷房運転を行うには十分な水温であるため、エネルギーを有効に利用できる。
【０１０６】
すなわち、対流熱伝達を利用する第１熱交換器２２による冷房運転では、人間の体温との温度差を大きく設定する必要があるのに対して、熱伝導、または、輻射を利用する第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂによる車室内での冷房運転では、人間の体温との温度差を比較的小さく設定しても同等の快適性を得ることができ、エネルギー消費量の低減が可能になる。
【０１０７】
すなわち、冷水が有する冷熱を第１熱交換器２２、及び第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂを介してカスケード的に利用することにより、冷房起動時の在席者の快適性向上を図りながら、第１熱交換器２２のみを使用する場合に比べて、冷媒水熱交換器２への戻り温度を高くでき、その結果、冷媒水熱交換器２における蒸発温度を高くでき、圧縮機１における消費電力を低く抑えることが可能となる。
【０１０８】
なお、図３では、第２熱交換器３０ａ、第３熱交換器３０ｂへの水流量を調整するための流量調整手段として、流量調整弁３１ａ、３１ｂのように、開度調整可能な弁としているが、流量調整弁の代わりに開閉弁として、開閉時間を制御するようにしてもよい。
【０１０９】
また、各熱交換器２２、３０ａ、３０ｂ用に予め設定された第１所定温度Ｔｓ１１、第２所定温度Ｔｓ２２、第３所定温度Ｔｓ３３の大小関係は、冷房時に、輻射、熱伝導、対流の順で低くなるように設定しているが、輻射と熱伝導の大小関係については温度レベルによっては逆の関係にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、本発明にかかる車両用液体循環システムは、冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができるので、水を冷却・加熱し、その水を冷房・暖房に利用する車両用冷暖房装置に特に有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１      圧縮機
２      冷媒水熱交換器
３      膨張弁
４      冷媒空気熱交換器
１０    冷媒回路
２０    水回路
２１    ポンプ
２２    第１熱交換器
２４    送風機
２７    第１温度センサ
２８    第２温度センサ
２９ａ  第３温度センサ
２９ｂ  第４温度センサ
３０ａ  第２熱交換器
３０ｂ  第３熱交換器
３１ａ、３１ｂ  流量調整弁
３２    バイパス弁
４０    制御装置
５０    車両用液体循環システム
【図１】
2012011928.tif 000003
【図２】
2012011928.tif 000004
【図３】
2012011928.tif 000005
【図４】
2012011928.tif 000006
【図５】
2012011928.tif 000007