(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転出力によって車両の車輪を回転させて走行する電気自動車にヒートポンプ式のエアコンの車外用熱交換器を搭載し、
この車外用熱交換器は複数の通路を持つチューブを有し、このチューブの通路は、冷却水と冷媒とを当該車外用熱交換器の一部に並行して流すことができるように、冷却水通路と冷媒通路とに分けられ、
このうち前記冷媒通路に流す冷媒は、前記ヒートポンプ式エアコンの冷媒であると共に、前記冷却水通路を流れる冷却水は、前記モータの冷却水である電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置において、
エアコンの運転が暖房か否かを判定する判定手段と、エアコンの運転が冷房であると判断した場合に、前記モータの周囲に形成されたウォータジャケット内の冷却水の水温である冷却水温と、前記車外用熱交換器と前記ヒートポンプ式エアコンを構成する冷媒コンプレッサとの間における冷媒の温度である冷媒温との比較を行う判定手段と、
前記冷却水温が前記冷媒温よりも高いと判定した場合に、前記冷却水温が所定温度よりも高いか否かを判定する判定手段を有し、
前記冷却水温が所定温度よりも高いと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流すと共に、前記冷却水温が所定温度よりも低いと判断されたときには、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さない構成としたことを特徴とする電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項２】
前記冷却水温が前記冷媒温よりも低いと判断した場合に前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より大きいか否かを判断する判定手段を有し、
前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値よりも大きいと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流し、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より小さいと判断された場合には、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さない構成としたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項３】
モータの回転出力によって車両の車輪を回転させて走行する電気自動車にヒートポンプ式のエアコンの車外用熱交換器を搭載し、
この車外用熱交換器は複数の通路を持つチューブを有し、このチューブの通路は、冷却水と冷媒とを当該車外用熱交換器の一部に並行して流すことができるように、冷却水通路と冷媒通路とに分けられ、
このうち前記冷媒通路に流す冷媒は、前記ヒートポンプ式エアコンの冷媒であると共に、前記冷却水通路を流れる冷却水は、前記モータの冷却水であり、
エアコンの運転が冷房時では、前記モータの周囲に形成されたウォータジャケット内の冷却水の水温である冷却水温と前記車外用熱交換器と前記ヒートポンプ式エアコンを構成する冷媒コンプレッサとの間における冷媒の温度である冷媒温との比較を行って、前記冷却水温が前記冷媒温よりも高い場合には、前記冷却水温が所定温度よりも高いか否かが判定され、前記冷却水温が所定温度よりも高いと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流すようにすると共に、前記冷却水温が所定温度よりも低いと判断されたときには、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さないようにすることを特徴とする電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置の制御方法。
【請求項４】
前記冷却水温が前記冷媒温よりも低い場合にも、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より大きいか否かが判定され、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値よりも大きいと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流すようにし、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より小さいと判断された場合には、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さないようにすることを特徴とする請求項３に記載の電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、モータにて車輪が回転されて走行する電気自動車にあって用いられる電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガソリンを燃焼させて駆動力を得る内燃機関に代わり、電気エネルギーを用いてモータを駆動し、もって車輪を回転させ車両を走行させる、いわゆる電気自動車が市販され普及されようとしている。
【０００３】
電気自動車は、電気をエネルギーとしているので、従来の車のように内燃機関はなく、燃焼による排熱が発生しない。したがって、この排熱を利用して行う従来の暖房システムは採用できない。このため、電気自動車にあっては、いわゆるヒートポンプ式の冷暖房装置（エアコン）が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このヒートポンプ式の冷暖房装置は、外気温が低いときに暖房能力が低下することが最大の欠点であったし、また車室外熱交換器が凍結する欠陥があった。この対策として、前者にはＰＴＣヒータ類を補助熱源として採用して、外気温の低い際の暖房能力を確保しているが、電力の消費により走行距離の短縮の要因となっていた。
【０００５】
また、後者には、凍結を解凍（デアイス）するためヒータにて加熱したり、またシステムを停止することで対応していた。ヒータを使用する場合は、大きな電力を消耗するので、電気自動車にとっては走行距離短縮の要因となっていたし、システムを停止すると暖房が入らなくなって快適感の低下につながるおそれがあった。
【０００６】
電気自動車にあっては、車輪を回転させるモータは、大きなエネルギーを必要とし、発熱量も大きく、今まではフィンによる空冷にて排熱したり、また冷却水にて冷却して排熱していた。
【０００７】
そこで、この発明は、車輪を回転させるモータを冷却水にて冷却するにあたり、その冷却能力の向上を図った電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置及びその制御方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置は、モータの回転出力によって車両の車輪を回転させて走行する電気自動車にヒートポンプ式のエアコンの車外用熱交換器を搭載し、この車外用熱交換器は複数の通路を持つチューブを有し、このチューブの通路は、冷却水と冷媒とを当該車外用熱交換器の一部に並行して流すことができるように、冷却水通路と冷媒通路とに分けられ、このうち前記冷媒通路に流す冷媒は、前記ヒートポンプ式エアコンの冷媒であると共に、前記冷却水通路を流れる冷却水は、前記モータの冷却水である電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置において、エアコンの運転が暖房か否かを判定する判定手段と、エアコンの運転が冷房であると判断した場合に、前記モータの周囲に形成されたウォータジャケット内の冷却水の水温である冷却水温と、前記車外用熱交換器と前記ヒートポンプ式エアコンを構成する冷媒コンプレッサとの間における冷媒の温度である冷媒温との比較を行う判定手段と、前記冷却水温が前記冷媒温よりも高いと判定した場合に、前記冷却水温が所定温度よりも高いか否かを判定する判定手段を有し、前記冷却水温が所定温度よりも高いと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流すと共に、前記冷却水温が所定温度よりも低いと判断されたときには、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さない構成としたことにある（請求項１）。
【０００９】
この発明に係る電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置の制御方法は、モータの回転出力によって車両の車輪を回転させて走行する電気自動車にヒートポンプ式のエアコンの車外用熱交換器を搭載し、この車外用熱交換器は複数の通路を持つチューブを有し、このチューブの通路は、冷却水と冷媒とを当該車外用熱交換器の一部に並行して流すことができるように、冷却水通路と冷媒通路とに分けられ、  このうち前記冷媒通路に流す冷媒は、前記ヒートポンプ式エアコンの冷媒であると共に、前記冷却水通路を流れる冷却水は、前記モータの冷却水であり、エアコンの運転が冷房時では、前記モータの周囲に形成されたウォータジャケット内の冷却水の水温である冷却水温と前記車外用熱交換器と前記ヒートポンプ式エアコンを構成する冷媒コンプレッサとの間における冷媒の温度である冷媒温との比較を行って、前記冷却水温が前記冷媒温よりも高い場合には、前記冷却水温が所定温度よりも高いか否かが判定され、前記冷却水温が所定温度よりも高いと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流すようにすると共に、前記冷却水温が所定温度よりも低いと判断されたときには、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さないようにすることにある（請求項３）。
【００１０】
これにより、エアコンの運転で冷房時にあって、冷却水温が冷媒温より高い場合にも、冷却水温が所定温度を越えると車室外用熱交換器に冷却水を流してモータの冷却能力を向上させる。
【００１１】
そして、この発明に係る電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置は、前記冷却水温が前記冷媒温よりも低いと判断した場合に前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より大きいか否かを判断する判定手段を有し、  前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値よりも大きいと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流し、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より小さいと判断された場合には、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さない構成としたものとなっている（請求項２）。
【００１２】
この発明に係る電気自動車用のヒートポンプ式空気調和装置の制御方法は、前記冷却水温が前記冷媒温よりも低い場合にも、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より大きいか否かが判定され、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値よりも大きいと判断されたときには、ポンプをＯＮにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流すようにし、前記冷媒温と前記冷却水温との差が所定値より小さいと判断された場合には、前記ポンプをＯＦＦにして前記車室外用熱交換器の冷却水路に冷却水を流さないようにすることにある（請求項４）。
【００１３】
これにより、エアコンの運転で冷房時にあって、冷却水温が冷媒温より低い場合に、冷却水が車室外用熱交換器に流され、熱の移動が冷媒から冷却水へ至り、冷媒の凝縮能力の向上が図られるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面をもとに説明する。
【００１５】
図１には、この発明の概略の構成図が示され、車両を支える車輪１は、モータ２の回転力が減速機３を介して伝えられ回転される。このモータ２は、電気で回転されるものであり、モータ２に印加される電力にて能力（回転数）が制御される。モータ２の周囲には、冷却水が流れるウォータジャケット４が形成されている。このウォータジャケット４内を流れる冷却水の温度は、温度センサ５にて検出される。
【００１６】
モータ２の冷却水は、下記する制御方法に従って、ポンプ６が稼働されることで配管８を介して下記する車室外熱交換器１２の一方の流路を流れ、外気と熱交換（放熱）又はフィンを通して冷媒と熱交換して冷却又は加熱され、逆止弁７を介して戻されるものである。
【００１７】
電気自動車用のヒートポンプ１０は、車室内に車室内用熱交換器１１と車室外用熱交換器１２と四方切換弁１３を介しての冷媒コンプレッサ１４と逆上弁１５，１６を並列接続の膨張弁１７，１８とが順次配管１９にて接続の閉回路が構成されている。
【００１８】
エアコンを稼働させて冷房が選択されると、冷媒コンプレッサ１４が図示しないモータにより回転され、四方弁１３を介して加圧冷媒は車室外用熱交換器１２の他方の流路に入り、外気と熱交換（放熱）してガス冷媒が凝縮液化される。この液冷媒は、逆上弁１５を通り、膨張弁１８に至り、減圧され霧状となり、車室内用熱交換器１１に送り込まれる。
【００１９】
そして、車室内空気と熱交換（吸熱）して、霧状の冷媒は蒸発してガス状となり、車室内空気を冷却する働きをする。そして、ガス状の冷媒は、冷媒コンプレッサ１４の吸入側へ戻され、再び加圧され前述のように繰り返される。
【００２０】
また、エアコン稼働されて暖房が選択されると、四方弁１３が切換わり、車室内用熱交換器１１に入り、加圧冷媒が車室内空気と熱交換（放熱）して凝縮液化される。その際に、車室内空気は加熱されることになる。
【００２１】
そして、液冷媒は、逆上弁１６を通り、膨張弁１７に至り、減圧され霧状となり、車室外熱交換器１２の他方側の流路に送り込まれる。この車室外熱交換器１２にて外気と熱交換（吸熱）して液化され、再び冷媒コンプレッサ１４の吸入側に戻され、再び加圧され、前述のように繰り返される。なお、２０は冷媒温を設定する温度センサである。
【００２２】
図２及至図５において、車室外熱交換器１２が示され、一対のヘッダパイプ２８ａ，２８ｂと、これらヘッダパイプ２８ａ，２８ｂ間に接合されて一方のヘッダパイプと他方のヘッダパイプとを連通する多数の偏平型のチューブ２６とを有し、該偏平型のチューブ２６は、コルゲートフィン２７を介して複数段等ピッチで積層されている。なお、偏平型のチューブ２６は、内部に多数の通路３５，３６、この例では１０個持っている。
【００２３】
各ヘッダパイプ２８ａ，２８ｂには、内部空間を上下に分割する分割板２９ａ，２９ｂが複数設けられ、この例で３パスである。また、同じ内部空間を縦方向に仕切る仕切板３１が設けられ、縦方向に２つの縦方向の空間３３，３４が形成され、一方の空間３３は、冷却空間の流れの上流側で前記した冷却水が流され、また他の空間３４には前記した冷媒が流される。
【００２４】
前記の仕切板３１は、前述のようにヘッダパイプ２８ａ，２８ｂを仕切ると共に、図３及至図５に示すように、偏平型のチューブ２６を左右に仕切っている。即ち、この実施の形態例では、冷却空気の流れ方向の上流側に３つの冷却水流路３５と下流側に７つの冷媒通路３６とに分けられている。
【００２５】
冷却水の出入口管３８，３９は、ヘッダパイプ２８ａ，２８ｂの空間３３，３３に、冷媒の出入口管４１，４２はヘッダパイプの空間３４，３４にそれぞれ接続され、出入口管３８，３９一方から冷却水が流入し、チューブ２６の冷却水流路３５を介して出入口管３８，３９他方から流出する。また、出入口管４１，４２の一方から冷媒が流入し、チューブ２６の冷媒流路３６を通り出入口管４１，４２の他方から流出する。
【００２６】
上述の構成において、この発明の制御例を図６により説明すると、ステップ１００にて冷却水温（Ｔｗ）、冷媒温（Ｔｒ）、エアコンの作動スイッチが乗員に押圧されたか等の各々の情報が入力される。そして、次のステップ１０１では、エアコンが入っているか判定され、エアコンが入っていない場合には、スナッブ１０２に進んで冷却水温（Ｔｗ）が所定温度（Ｔｍ）以上であるか否かが判定され、所定温度以上であればステップ１０３に至り、ポンプ６が稼働し車室外熱交換器１２の冷却水流路３５に流される。この場合、車室外熱交換器１２は、放熱器として働くものである。なお、冷却水温（Ｔｗ）が上がっていなければステップ１０４に至り、ポンプ６は停止されている。
【００２７】
エアコンが入っていると、ステップ１０５に至り、暖房か否かが判断される。暖房と判断されるとステップ１０６に至り、冷却水温（Ｔｗ）と冷媒温（Ｔｒ）とが比較され、該冷却水温（Ｔｗ）が冷媒温（Ｔｒ）よりも高い場合にステップ１０７に至って、ポンプ６は稼働され、モータ２の排熱が冷却空気の流れと同方向にチューブ２６、フィン２７を経て冷媒流路３６側に伝わり、該冷媒に吸熱され暖房能力が向上され、また凍結時にはでデアイスにも供される。なお、ステップ１０６で冷却水温（Ｔｗ）が冷媒温（Ｔｒ）より低い場合は、当然ながらポンプ６はオフである。
【００２８】
前記ステップ１０５で冷房と判断されると、ステップ１０９に進んで、冷却水温（Ｔｗ）と冷媒温（Ｔｒ）とが比較され、冷却水温（Ｔｗ）が高い場合にはステップ１１０に進んで、所定値（Ｔｍ）よりも高い場合にはステップ（１１１）に至ってポンプ６が稼働される。これによって、車室外熱交換器１２は放熱器として利用される。当然ながら冷却水温（Ｔｗ）が所定値（Ｔｍ）よりも低いときにはステップ１１２でポンプ６はオフである。
【００２９】
前記ステップ１０９で冷房であるが、冷却水温（Ｔｗ）が冷媒温（Ｔｒ）より低いときにはステップ１１３に進んで、冷媒温（Ｔｒ）から冷却水温（Ｔｗ）を引いた値が所定温度（Ｔ）よりも大きいときにはステップ１１４に至ってボンブ６が稼働される。即ち、冷媒側の熱が冷却水側へ流れ、車室外熱交換器１２における凝縮能力が向上する。なお、偏差が所定温度Ｔよりも小さいときは、スナッブ１１５でポンプ６はオフである。
【００３０】
図７において、この発明の他の実施の形態例が示されている。この例では、仕切板３１ａ，３１ｂ，３１ｃが３つヘッダパイプ２８ａ，２８ｂの縦方向に設けられ、冷却空気の流れ方向の上流側から冷却水が流入される空間３３ａ、次に冷媒が流される空間３３ｂ、さらに冷却水が流入される空間３３ｂ、最後に冷媒が流入される空間３４ａが設けられている。そして、空間３３ａでは２つの冷却水通路が、空間３３ｂでは２つの冷媒通路に、空間３３ｃでは１つの冷却水通路に、そして空間３３ｄでは５つの冷媒通路に、分けられている。このようにすることで、冷却水と冷媒間の熱移動が良好になるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、エアコンの運転で冷房時にあって、冷却水温が冷媒温より高い場合にも、冷却水温が所定温度を越えると車室外用熱交換器に冷却水を流し、車外用熱交換器が放熱器として利用されて、モータの冷却能力を向上させる（請求項１、請求項３）。
【００３２】
また、この発明によれば、エアコンの運転で冷房時にあって、冷却水温が冷媒温より低い場合に、冷却水が車室外用熱交換器に流され、熱の移動が冷媒から冷却水へ至り、冷媒の凝縮能力の向上が図られるものである（請求項２、請求項４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示した構成図である。
【図２】同上の車室外熱交換器の斜視図である。
【図３】同上の車室外熱交換器のヘッダ部付近の一部の拡大斜視図である。
【図４】同上の平面図である。
【図５】同上の説明図である。
【図６】この発明の制御方法を示すフローチャート図である。
【図７】この発明の他の実施の形態を示した車室外熱交換器のヘッダ部付近の一部拡大斜視図である。
【符号の説明】
１ 車輪
２ モータ
４ プオータジャケット
６ ポンプ
１０ ヒートポンプ
１１ 車室内熱交換器
１２ 車室外熱交換器
１４ 冷媒コンプレッサ
１７，１８ 膨張弁
２６ チューブ
２７ フィン
２８ａ，２８ｂ ヘッダパイプ
３１ 仕切板
３３ 冷却水が流れる空間
３４ 冷媒が流れる空間
３５ 冷却水流路
３６ 冷媒流路
【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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