特開 2024-167829 車両用空調装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167829

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】車両用空調装置

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/22 20060101AFI20241127BHJP

   B60H 1/03 20060101ALI20241127BHJP

   B60H 1/08 20060101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

B60H1/22 651A

B60H1/03 Z

B60H1/08 621C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084181

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000001845

【氏名又は名称】サンデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(72)【発明者】

【氏名】和田 博文

【テーマコード（参考）】

3L211

【Ｆターム（参考）】

3L211BA32

3L211BA60

3L211CA14

3L211DA28

3L211DA29

3L211DA44

3L211DA48

3L211GA27

3L211GA28

3L211GA43

3L211GA47

(57)【要約】

【課題】車両の駆動源の廃熱を回収して電力に変換し、前記駆動源の停止時に車室内の冷房を行い、及び、前記駆動源の停止時に車室内の暖房を行うことが可能な車両用空調装置を提供する。
【解決手段】車両用空調装置１において、熱媒体が、エンジン１０と、空調空気と前記熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器４１との間を循環する第２熱媒体循環回路４０にはエンジン１０をバイパスする第１バイパス流路４５が設けられ、廃熱回収回路６０は、前記熱媒体と作動流体とを熱交換させる第２熱交換器６１と、電動機６４に接続された膨張／圧縮機６３と、前記作動流体を放熱又は吸熱させる第３熱交換器６５と、作動流体ポンプＰ３と、作動流体ポンプＰ３をバイパスする第２バイパス流路６９と、第２バイパス流路６９に設けられた第２膨張弁７１と、前記作動流体の流れる方向を切り替える四方弁６７と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動源が搭載された車両に適用される車両用空調装置であって、
熱媒体ポンプによって熱媒体が前記駆動源と第１熱交換器との間を循環し、前記第１熱交換器が空調空気と前記熱媒体とを熱交換させる熱媒体循環回路と、
圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び蒸発器を含み、冷媒が循環する冷凍サイクル回路と、
作動流体が循環し、前記駆動源の廃熱を回収して電力に変換可能な廃熱回収回路と、
を含み、
前記熱媒体循環回路には、前記駆動源をバイパスして前記熱媒体を循環させるための第１バイパス流路が設けられ、
前記廃熱回収回路は、前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させる第２熱交換器と、電動機に接続され、前記作動流体を膨張させ又は圧縮する膨張／圧縮機と、前記作動流体を放熱又は吸熱させる第３熱交換器と、前記作動流体を循環させる作動流体ポンプと、前記作動流体ポンプをバイパスする第２バイパス流路と、前記第２バイパス流路に設けられた第２膨張弁と、前記作動流体の流れる方向を切り替える流路切替弁と、を含む、
車両用空調装置。

【請求項2】

前記流路切替弁は四方弁であって、前記第２熱交換器の第１出入口ポートと前記膨張／圧縮機の第１出入口ポートとを連通させると共に前記膨張／圧縮機の第２出入口ポートと前記第３熱交換器の第１出入口ポートとを連通させる第１の状態と、前記第２熱交換器の前記第１出入口ポートと前記膨張／圧縮機の前記第２出入口ポートとを連通させると共に前記膨張／圧縮機の前記第１出入口ポートと前記第３熱交換器の前記第１出入口ポートとを連通させる第２の状態とを切り替え可能に構成され、
前記作動流体ポンプは、前記第２熱交換器の第２出入口ポートと前記第３熱交換器の第２出入口ポートとを繋ぐ流路に配置されている、
請求項１に記載の車両用空調装置。

【請求項3】

前記熱媒体循環回路において前記熱媒体が前記駆動源を経由して循環しているとき、前記廃熱回収回路において前記作動流体ポンプと前記流路切替弁とによって前記作動流体を前記作動流体ポンプ、前記第２熱交換器、前記膨張／圧縮機及び前記第３熱交換器をこの順に経由して循環させることにより、前記第２熱交換器で前記熱媒体によって加熱された前記作動流体を前記膨張／圧縮機に流入させ、前記膨張／圧縮機を膨張機として動作させて前記電動機で発電する、請求項１又は２に記載の車両用空調装置。

【請求項4】

前記熱媒体循環回路において前記熱媒体が前記第１バイパス流路を流れることによって前記熱媒体が前記駆動源をバイパスして循環し、前記廃熱回収回路において前記電動機に駆動されて圧縮機として動作する前記膨張／圧縮機と前記流路切替弁とによって前記作動流体を前記膨張／圧縮機、前記第２熱交換器、前記第２膨張弁及び前記第３熱交換器をこの順に経由して循環させることにより、前記第２熱交換器で前記作動流体によって加熱された前記熱媒体を前記第１熱交換器に流し、これによって車室内の暖房を行う、請求項１又は２に記載の車両用空調装置。

【請求項5】

前記熱媒体循環回路において前記熱媒体が前記第１バイパス流路を流れることによって前記熱媒体が前記駆動源をバイパスして循環し、前記廃熱回収回路において前記電動機に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機と前記流路切替弁とによって前記作動流体を前記膨張／圧縮機、前記第３熱交換器、前記第２膨張弁及び前記第２熱交換器をこの順に経由して循環させることにより、前記第２熱交換器で前記作動流体によって冷却された前記熱媒体を前記第１熱交換器に流し、これによって車室内の冷房を行う、請求項１又は２に記載の車両用空調装置。

【請求項6】

前記熱媒体循環回路において前記熱媒体が前記駆動源を経由して循環し、前記廃熱回収回路において前記電動機に駆動されて圧縮機として動作する前記膨張／圧縮機と前記流路切替弁とによって前記作動流体を前記膨張／圧縮機、前記第２熱交換器、前記第２膨張弁及び前記第３熱交換器をこの順に経由して循環させることにより、前記第２熱交換器で前記作動流体によって加熱された前記熱媒体を前記駆動源に流し、これによって前記駆動源の加熱を行う、請求項１又は２に記載の車両用空調装置。

【請求項7】

前記廃熱回収回路は、前記車両の着脱可能な筐体に収容されている、請求項１又は２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、車両用空調装置に関し、特に、車両の駆動源の廃熱を回収して電力に変換可能な廃熱回収回路を有する車両空調装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エンジンの駆動力によって駆動される圧縮機を含む冷凍サイクルと、前記エンジンの廃熱（エンジン冷却水の熱）を回収して利用するランキンサイクルとを有し、前記エンジンの動作時には前記冷凍サイクルによる冷房及び／又は前記ランキンサイクルによる発電とを行うと共に、前記エンジンの停止時においても冷房の継続を可能とする技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－１２５７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された技術では、前記エンジン冷却水が流れるヒータコアが空調ユニットの空調ケース内に配設されている。そのため、前記エンジンの動作時に暖房を行うことは可能である。しかし、特許文献１に記載された技術では、前記エンジンの停止時に暖房を行うことができず、この点で改良の余地がある。

【0005】

本発明は、車両の駆動源の廃熱を回収し電力に変換すること、前記駆動源の停止時に車室内の冷房を行うこと、及び、前記駆動源の停止時に車室内の暖房を行うことが可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面によると、駆動源が搭載された車両に適用される車両用空調装置が提供される。この車両用空調装置は、熱媒体ポンプによって熱媒体が前記駆動源と第１熱交換器との間を循環し、前記第１熱交換器が空調空気と前記熱媒体とを熱交換させる熱媒体循環回路と、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び蒸発器を含み、冷媒が循環する冷凍サイクル回路と、作動流体が循環し、前記駆動源の廃熱を回収して電力に変換可能な廃熱回収回路と、を含む。前記熱媒体循環回路には、前記駆動源をバイパスして前記熱媒体を循環させるための第１バイパス流路が設けられている。前記廃熱回収回路は、前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させる第２熱交換器と、電動機に接続され、前記作動流体を膨張させ又は圧縮する膨張／圧縮機と、前記作動流体を放熱させ又は吸熱させる第３熱交換器と、前記作動流体を循環させる作動流体ポンプと、前記作動流体ポンプをバイパスする第２バイパス流路と、前記第２バイパス流路に設けられた第２膨張弁と、前記作動流体の流れる方向を切り替える流路切替弁と、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、車両の駆動源の廃熱を回収して利用すること、前記駆動源の停止時に冷房を行うこと、及び、前記駆動源の停止時に暖房を行うことが可能な車両用空調装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る車両用空調装置の要部構成を示す模式図である。

【図2】実施形態に係る車両用空調装置の制御系構成を示すブロック図である。

【図3】廃熱回収モードでの車両用空調装置の動作を説明するための図である。

【図4】停車時暖房モードでの車両用空調装置の動作を説明するための図である。

【図5】停車時冷房モードでの車両用空調装置の動作を説明するための図である。

【図6】エンジン加熱モードでの車両用空調装置の動作を説明するための図である。

【図7】廃熱回収ユニット（ユニット化された廃熱回収回路）の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。以下の「第１」、「第２」などの用語は、単に類似の要素を区別するために用いられ、それらが付された要素を限定するものではない。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の要部構成を示す模式図である。実施形態に係る車両用空調装置１は、駆動源、特に動作時に熱を発生させる駆動源を搭載した車両（図示省略）に適用される。前記駆動源にはエンジン（内燃機関）や燃料電池などが含まれ得るが、ここでは前記駆動源がエンジンである場合について説明する。なお、前記駆動源が例えば燃料電池である場合には以下の説明における「エンジン」が「燃料電池」と適宜読み替えられればよい。

【0011】

エンジン１０（駆動源）には、熱媒体（ここではエンジン冷却水）が循環する熱媒体回路２０が設けられている。熱媒体回路２０は、エンジン冷却用の第１熱媒体循環回路３０と、車室空調用の第２熱媒体循環回路４０とを含む。第１熱媒体循環回路３０にはラジエータ３１が設けられ、第２熱媒体循環回路４０には第１熱交換器４１が設けられている。なお、本実施形態においては第２熱媒体循環回路４０が本発明の「熱媒体循環回路」に相当する。

【0012】

第１熱媒体循環回路３０は、第１熱媒体ポンプＰ１によって前記熱媒体がエンジン１０とラジエータ３１との間を循環する回路である。ラジエータ３１は、エンジン１０を通過する際にエンジン１０の熱を吸収した前記熱媒体と外気とを熱交換させて前記熱媒体を冷却する熱交換器であり、前記熱媒体が流入する入口ポート３１ａと前記熱媒体が流出する出口ポート３１ｂとを有する。第１熱媒体ポンプＰ１は、電動ポンプ又はエンジン１０によって駆動される機械式ポンプであり、ラジエータ３１の出口ポート３１ｂとエンジン１０の熱媒体流入部１０ａとの間に配置されている。

【0013】

第２熱媒体循環回路４０は、第１熱媒体ポンプＰ１によって前記熱媒体が（ラジエータ３１を経由せずに）エンジン１０と第１熱交換器４１との間を循環する回路である。本実施形態において、第２熱媒体循環回路４０は、第１熱媒体循環回路３０の一部と、第１熱媒体循環回路３０から分岐して第１熱交換器４１を経由した後に第１熱媒体循環回路３０に接続（合流）する流路部４３とによって形成されている。流路部４３は、具体的には、第１熱媒体循環回路３０におけるエンジン１０の熱媒体出口部１０ｂとラジエータ３１の入口ポート３１ａとの間の第１分岐部Ｂ１から分岐し、第１熱交換器４１を経由し、第１熱媒体循環回路３０におけるラジエータ３１の出口ポート３１ｂと第１熱媒体ポンプＰ１との間の第１接続部Ｃ１に接続している。

【0014】

第１熱交換器４１は、ヒータコアに相当し、空調ユニット１００の空調ケース１１０（空気通路）内に配置されている。第１熱交換器４１は、内部を通過する前記熱媒体と、送風機１２０によって送風されて前記車室に向かう空気（以下「空調空気」という。）とを熱交換させる熱交換器である。第１熱交換器４１は、前記熱媒体が流入する入口ポート４１ａと前記熱媒体が流出する出口ポートと４１ｂとを有する。なお、図示省略されているが、空調ケース１１０内の第１熱交換器４１の近傍には第１熱交換器４１を通過する前記空調空気の量を調整するエアミックスドアが設けられている。

【0015】

本実施形態において、第２熱媒体循環回路４０にはエンジン１０をバイパスして前記熱媒体を循環させるための第１バイパス流路４５が設けられている。第１バイパス流路４５は、第１熱交換器４１の出口ポート４１ｂと第１接続部Ｃ１との間の第２分岐部Ｂ２から分岐し、第１分岐部Ｂ１と第１熱交換器４１の入口ポート４１ａとの間の第２接続部Ｃ２に接続している。第１バイパス流路４５には第２熱媒体ポンプＰ２が設けられている。第２熱媒体ポンプＰ２は、電動ポンプであり、前記熱媒体を第２分岐部Ｂ２から第２接続部Ｃ２に向けて送出するように構成されている。つまり、第２分岐部Ｂ２は第１バイパス流路４５に前記熱媒体が流入する第１バイパス流路４５の入口部であり、第２接続部Ｃ２は第１バイパス流路４５から前記熱媒体が流出する第１バイパス流路４５の出口部である。

【0016】

なお、流路部４３が第１熱媒体循環回路３０から分岐する第１分岐部Ｂ１にはサーモスタット（三方弁）ＴＳが設けられている。サーモスタットＴＳは、前記熱媒体の温度に応じて、第１熱媒体循環回路３０を流れる前記熱媒体の量と、第２熱媒体循環回路４０を流れる前記熱媒体の量とを調整するように構成されている。

【0017】

実施形態に係る車両用空調装置１は、前記車両の車室の空調を行うだけでなく、エンジン１０の廃熱を回収して電力に変換することが可能に構成されている。実施形態に係る車両用空調装置１は、上述の第２熱媒体循環回路４０と、冷凍サイクル回路５０と、廃熱回収回路６０とを含む。

【0018】

冷凍サイクル回路５０は、圧縮機５１、凝縮器５３、第１膨張弁５５及び蒸発器５７を含み、冷媒が循環する回路である。なお、冷凍サイクル回路５０は、冷媒循環回路とも称され得る。

【0019】

圧縮機５１は、前記冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械である。本実施形態において、圧縮機５１は、エンジン１０によって駆動されるように構成されている。但し、これに限られるものではなく、圧縮機５１は、電動圧縮機であってもよい。凝縮器５３は、圧縮機５１で圧縮された前記冷媒と外気とを熱交換させて前記冷媒を放熱（凝縮）させる熱交換器である。第１膨張弁５５は、凝縮器５３から送られてきた前記冷媒を減圧膨張させる減圧装置である。蒸発器５７は、第１熱交換器４１と同様、空調ユニット１００の空調ケース１１０内に配置されている。蒸発器５７は、第１膨張弁５５によって減圧膨張された前記冷媒と前記空調空気とを熱交換させて前記冷媒を吸熱（蒸発）させる熱交換器であり、前記冷媒の吸熱作用によって前記車室に向かう空気を冷却する。

【0020】

廃熱回収回路６０は、作動流体が循環する回路であり、エンジン１０の廃熱を回収して電力に変換可能に構成されている。特に限定されないが、前記作動流体は、冷凍サイクル回路５０の冷媒と同種の冷媒であり得る。廃熱回収回路６０は、第２熱交換器６１、膨張／圧縮機６３、第３熱交換器６５、流路切替弁としての四方弁６７及び作動流体ポンプＰ３を含む。

【0021】

第２熱交換器６１は、第２熱媒体循環回路４０の前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させる熱交換器である。本実施形態において、第２熱交換器６１は、第２熱媒体循環回路４０における第２接続部Ｃ２（第１バイパス流路４５の出口部）と第１熱交換器４１（の入口ポート４１ａ）との間に配置されている。つまり、本実施形態において、第２熱交換器６１は、第２熱媒体循環回路４０における第１バイパス流路４５の出口部よりも第１熱交換器４１側の前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させるように構成されている。第２熱交換器６１は、前記作動流体が流出入する第１出入口ポート６１ａと、前記作動流体が流出入する第２出入口ポート６１ｂと、前記熱媒体が流入する入口ポート６１ｃと、前記熱媒体が流出する出口ポート６１ｄとを有する。

【0022】

膨張／圧縮機６３は、膨張機としての機能及び圧縮機構としての機能を有する流体機械であり、前記作動流体を膨張させ又は圧縮するように構成されている。膨張／圧縮機６３は、前記作動流体が流出入する第１出入口ポート６３ａ及び第２出入口ポート６３ｂを有する。

【0023】

膨張／圧縮機６３には電動機６４が接続されている。電動機６４は、発電機としても動作する。また、電動機６４は、第１配線Ｗ１を介して電力変換器６８に電気的に接続されており、電力変換器６８は、図示省略の配線を介して図示省略のバッテリやエンジン１０をアシストするアシストモータなどに電気的に接続されている。電動機６４は、膨張機として動作する膨張／圧縮機６３によって駆動されると発電機として動作して発電を行う。発電された電力は、電力変換器６８を介して前記バッテリに充電され、及び／又は、前記アシストモータに供給される。また、前記バッテリから電力変換器６８を介して電動機６４に電力が供給されると、電動機６４は、膨張／圧縮機６３を駆動して膨張／圧縮機６３を圧縮機として動作させる。

【0024】

第３熱交換器６５は、外気と前記作動流体とを熱交換させて前記作動流体を放熱させ又は吸熱させる熱交換器である。第３熱交換器６５は、前記作動流体が流出入する第１出入口ポート６５ａと、前記作動流体が流出入する第２出入口ポート６５ｂとを有する。第３熱交換器６５には第３熱交換器６５に向けて送風する送風ファン６６が付設されている。

【0025】

四方弁６７（流路切替弁）は、廃熱回収回路６０における前記作動流体の流れる方向を変更（切替）可能に構成されている。四方弁６７は、電磁弁であり、第１～第４ポート６７ａ～６７ｄを有する。本実施形態において、四方弁６７の第１ポート６７ａは第１配管Ｌ１を介して第２熱交換器６１の第１出入口ポート６１ａに接続され、四方弁６７の第２ポート６７ｂは第２配管Ｌ２を介して膨張／圧縮機６３の第１出入口ポート６３ａに接続されている。また、四方弁６７の第３ポート６７ｃは第３配管Ｌ３を介して膨張／圧縮機６３の第２出入口ポート６３ｂに接続され、四方弁６７の第４ポート６７ｄは第４配管Ｌ４を介して第３熱交換器６５の第１出入口ポート６５ａに接続されている。

【0026】

そして、四方弁６７は、第１ポート６７ａと第２ポート６７ｂとを連通させると共に第３ポート６７ｃと第４ポート６７ｄとを連通させることにより、第２熱交換器６１の第１出入口ポート６１ａと膨張／圧縮機６３の第１出入口ポート６３ａとを連通させると共に膨張／圧縮機６３の第２出入口ポート６３ｂと第３熱交換器６５の第１出入口ポート６５ａとを連通させる（第１の状態）。また、四方弁６７は、第１ポート６７ａと第３ポート６７ｃとを連通させると共に第２ポート６７ｂと第４ポート６７ｄとを連通させることにより、第２熱交換器６１の第１出入口ポート６１ａと膨張／圧縮機６３の第２出入口ポート６５ｂとを連通させると共に膨張／圧縮機６３の第１出入口ポート６３ａと第３熱交換器６５の第１出入口ポート６５ａとを連通させる（第２の状態）。すなわち、四方弁６７は、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替え可能に構成されている。

【0027】

なお、第２熱交換器６１の第２出入口ポート６１ｂと第３熱交換器６５の第２出入口ポート６５ｂとは第５配管Ｌ５を介して接続されている。

【0028】

作動流体ポンプＰ３は、廃熱回収回路６０内の前記作動流体を循環させる。作動流体ポンプＰ３は、電動ポンプでもよいが、本実施形態において、作動流体ポンプＰ３は、膨張／圧縮機６３及び電動機６４に連結されており、電動機６４によって駆動されること、及び、膨張機として動作する膨張／圧縮機６３によって駆動されることが可能である。本実施形態において、作動流体ポンプＰ３は、第２熱交換器６１の第２出入口ポート６１ｂと第３熱交換器６５の第２出入口ポート６５ｂとを繋ぐ流路（第５配管Ｌ５）に設けられており、第３熱交換器６５からの前記作動流体を第２熱交換器６１に向けて送出するように構成されている。

【0029】

本実施形態において、廃熱回収回路６０には作動流体ポンプＰ３をバイパスする第２バイパス流路６９が設けられている。第２バイパス流路６９は、第３熱交換器６５の第２出入口ポート６５ｂと作動流体ポンプＰ３との間の第３分岐部Ｂ３から分岐して作動流体ポンプＰ３と第２熱交換器６１の第２出入口ポート６１ｂとの間の第３接続部Ｃ３に接続している。第２バイパス流路６９には第２膨張弁７１が設けられている。

【0030】

図２は、実施形態に係る車両用空調装置１の制御系構成を示すブロック図である。車両用空調装置１は、制御装置８０を含む。制御装置８０は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭやＲＡＭなど）及びＩ／Ｏポートなどを含むマイクロコンピュータで構成されている。制御装置８０は、熱媒体回路２０（第１熱媒体循環回路３０、第２熱媒体循環回路４０）の第１熱媒体ポンプＰ１及び第２熱媒体ポンプＰ２、冷凍サイクル回路５０の圧縮機５１、廃熱回収回路６０の作動流体ポンプＰ３、電動機６４、送風ファン６６及び四方弁６７、並びに、空調ユニット１００の送風機１２０及び前記エアミックスドアなどの動作を制御するように構成されている。ここで、本実施形態においては、圧縮機５１の制御に関し、制御装置８０は、エンジン１０の回転駆動力を圧縮機５１に伝達／遮断することにより圧縮機５１の動作／停止させる。また、電動機６４の制御に関し、制御装置８０は、電力変換器６８を介して電動機６４に電力を供給することにより電動機６４を動作させる。さらに、作動流体ポンプＰ３の制御に関し、制御装置８０は、例えば、電動機６４をモータとして機能させることで作動流体ポンプＰ３を起動及び動作させ、膨張／圧縮機６３が膨張機として動作すると、電動機６４を発電機として動作させるとともに、膨張／圧縮機６３の回転仕事の一部によって作動流体ポンプＰ３を動作させる。

【0031】

次に、実施形態に係る車両用空調装置１の動作例について説明する。

【0032】

実施形態に係る車両用空調装置１は、通常暖房モード、通常冷房モード、廃熱回収モード、停車時暖房モード、停車時冷房モード及びエンジン加熱モードで動作可能に構成されている。以下、各モードを順に説明する。なお、熱媒体回路２０（第１熱媒体循環回路３０、第２熱媒体循環回路４０）の第１熱媒体ポンプＰ１は、前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）は停止するが、前記車両の走行中（エンジン１０の動作時）は常時動作する。つまり、前記車両の走行中、熱媒体回路２０では第１熱媒体ポンプＰ１によって前記熱媒体が第１熱媒体循環回路３０及び第２熱媒体循環回路４０を循環しており、第２熱媒体循環回路４０の第１熱交換器４１にはエンジン１０の熱を吸収した前記熱媒体（高温）が流れる。

【0033】

［通常暖房モード］
通常暖房モードは、前記車両の走行中（エンジン１０の動作時）に前記車室内の暖房を行う動作モードである。

【0034】

この場合、制御装置８０は、空調ユニット１００の送風機１２０を動作させ、前記エアミックスドアを制御して第２熱媒体循環回路４０の第１熱交換器４１を通過する前記空調空気の量を調整する。エンジン１０の熱を吸収した前記熱媒体（高温）が流れる第１熱交換器４１は空調ユニット１００の空調ケース１１０内に配置されている。そのため、前記空調空気は、第１熱交換器４１を通過する際に前記熱媒体によって加熱される。これにより、前記車室内が暖房される。

【0035】

［通常冷房モード］
通常冷房モードは、前記車両の走行中（エンジン１０の動作時）に前記車室内の冷房を行う動作モードである。

【0036】

この場合、制御装置８０は、空調ユニット１００の送風機１２０を動作させ、エンジン１０の回転駆動力を冷凍サイクル回路５０の圧縮機５１に伝達して圧縮機５１を動作させる。また、制御装置８０は、前記エアミックスドアを制御して第１熱交換器４１を通過する前記空調空気量を制限する。第１膨張弁５５によって減圧膨張された前記冷媒（低温）が流れる蒸発器５７は空調ユニット１００の空調ケース１１０内に配置されている。そのため、前記空調空気は、蒸発器５７を通過する際に前記冷媒の吸熱作用によって冷却される。これにより、前記車室内が冷房される。

【0037】

［廃熱回収モード（図３）］
廃熱回収モードは、前記車両の走行中（エンジン１０の動作時）にエンジン１０の廃熱（前記熱媒体の熱）を回収して電力に変換する動作モードである。

【0038】

この場合、制御装置８０は、廃熱回収回路６０において、作動流体ポンプＰ３を動作させ、送風ファン６６を動作させ、及び、四方弁６７の第１ポート６７ａと第２ポート６７ｂとを連通させると共に四方弁６７の第３ポート６７ｃと第４ポート６７ｄとを連通させる（前記第１の状態）。

【0039】

上述のように、前記車両の走行中、熱媒体回路２０では第１熱媒体ポンプＰ１によって前記熱媒体が第１熱媒体循環回路３０及び第２熱媒体循環回路４０を循環している。すなわち、第２熱媒体循環回路４０において前記熱媒体はエンジン１０を経由して循環しており、第１熱交換器４１にはエンジン１０を通過する際にエンジン１０の熱（廃熱）を吸収した前記熱媒体（高温）が流れる。具体的には、熱媒体回路２０において前記熱媒体は図３中の矢印方向に循環する。また、廃熱回収回路６０では、作動流体ポンプＰ３と四方弁６７とによって、前記作動流体が図３中の矢印方向に循環する。つまり、廃熱回収回路６０において、前記作動流体は、作動流体ポンプＰ３→第２熱交換器６１→膨張／圧縮機６３→第３熱交換器６５（→作動流体ポンプＰ３）の順に流れる。

【0040】

そのため、廃熱回収回路６０において、前記作動流体は第２熱交換器６１を通過することで前記熱媒体に加熱されて過熱蒸気となり、過熱蒸気状態の前記作動流体が膨張／圧縮機６３に流入する。すると、過熱蒸気状態の前記作動流体の膨張によって膨張／圧縮機６３で駆動力が発生する。つまり、膨張／圧縮機６３が膨張機として動作する。そして、この発生した駆動力によって電動機６４が駆動され、電動機６４が発電する。このようにして、エンジン１０の廃熱が回収されて電力に変換される。

【0041】

なお、変換によって得られた電力は、上述のように、電力変換器６８を介して前記バッテリに充電され、及び／又は、エンジン１０をアシストする前記アシストモータに供給される。また、ここでは車両用空調装置１が前記廃熱回収モード単独で動作する場合について説明したが、車両用空調装置１は、前記通常暖房モード及び前記廃熱回収モードでも動作することができるし、前記通常冷房モード及び前記廃熱回収モードでも動作することができる。

【0042】

［停車時暖房モード（図４）］
停車時暖房モードは、前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）に前記車室内の暖房を行う動作モードである。

【0043】

この場合、制御装置８０は、空調ユニット１００の送風機１２０を動作させ、前記エアミックスドアを制御して第２熱媒体循環回路４０の第１熱交換器４１を通過する前記空調空気の量を調整し、第２熱媒体循環回路４０の第２熱媒体ポンプＰ２を動作させる。また、制御装置８０は、廃熱回収回路６０において、電動機６４に電力を供給して電動機６４を動作させ、電動機６４によって膨張／圧縮機６３を駆動して膨張／圧縮機６３を圧縮機として動作させ、送風ファン６６を動作させ、及び、四方弁６７の第１ポート６７ａと第２ポート６７ｂとを連通させると共に四方弁６７の第３ポート６７ｃと第４ポート６７ｄとを連通させる（前記第１の状態）。なお、制御装置８０は、第１熱媒体ポンプＰ１及び作動流体ポンプＰ３を動作させない。

【0044】

すると、第２熱媒体循環回路４０では第２熱媒体ポンプＰ２によって前記熱媒体が図４中の矢印方向に循環する。つまり、第２熱媒体循環回路４０において、前記熱媒体は第１バイパス流路４５を流れることによってエンジン１０をバイパスして循環する。具体的には、前記熱媒体は第２熱媒体ポンプＰ２→廃熱回収回路６０の第２熱交換器６１→第１熱交換器４１（→第２熱媒体ポンプＰ２）の順に流れる（エンジン１０を通過しない）。また、廃熱回収回路６０では、電動機６４に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３と、四方弁６７とによって前記作動流体が図４中の矢印方向に循環する。つまり、廃熱回収回路６０において、前記作動流体は膨張／圧縮機６３→第２熱交換器６１→第２膨張弁７１→第３熱交換器６５（→膨張／圧縮機６３）の順に流れる。

【0045】

そのため、第２熱媒体循環回路４０において、前記熱媒体は、第２熱交換器６１を通過する際に、膨張／圧縮機６３で圧縮された前記作動流体（高温）によって加熱され、この加熱された前記熱媒体（高温）が第１熱交換器４１を流れることになる。したがって、前記空調空気が第１熱交換器４１を通過する際に前記熱媒体によって加熱される。これにより、エンジン１０が発生する熱を利用できない前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）においても前記車室内が暖房され得る。

【0046】

［停車時冷房モード（図５）］
停車時冷房モードは、前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）に前記車室内の冷房を行う動作モードである。

【0047】

この場合、制御装置８０は、空調ユニット１００の送風機１２０を動作させ、前記エアミックスドアを制御して第２熱媒体循環回路４０の第１熱交換器４１を通過する前記空調空気量を制限し、第２熱媒体循環回路４０の第２熱媒体ポンプＰ２を動作させる。また、制御装置８０は、廃熱回収回路６０において、電動機６４に電力を供給して電動機６４を動作させ、電動機６４によって膨張／圧縮機６３を駆動して膨張／圧縮機６３を圧縮機として動作させ、送風ファン６６を動作させ、及び、四方弁６７の第１ポート６７ａと第３ポート６７ｃとを連通させると共に四方弁６７の第２ポート６７ｂと第４ポート６７ｄとを連通させる（前記第２の状態）。なお、制御装置８０は、第１熱媒体ポンプＰ１及び作動流体ポンプＰ３を動作させない。

【0048】

すると、第２熱媒体循環回路４０では第２熱媒体ポンプＰ２によって前記熱媒体が図５中の矢印方向に循環する。つまり、第２熱媒体循環回路４０において、前記熱媒体は第１バイパス流路４５を流れることによってエンジン１０をバイパスして循環する。具体的には、前記熱媒体は第２熱媒体ポンプＰ２→廃熱回収回路６０の第２熱交換器６１→第１熱交換器４１（→第２熱媒体ポンプＰ２）の順に流れる（エンジン１０を通過しない）。また、廃熱回収回路６０では、電動機６４に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３と、四方弁６７とによって前記作動流体が図５中の矢印方向に循環する。つまり、廃熱回収回路６０において、前記作動流体は膨張／圧縮機６３→第３熱交換器６５→第２膨張弁７１→第２熱交換器６１（→膨張／圧縮機６３）の順に流れる。

【0049】

そのため、第２熱媒体循環回路４０において、前記熱媒体は、第２熱交換器６１を通過する際に、第２膨張弁７１で減圧膨張された前記作動流体（低温）の吸熱作用によって冷却され、冷却された前記熱媒体（低温）が第１熱交換器４１を流れることになる。したがって、前記空調空気は第１熱交換器４１を通過する際に前記熱媒体によって冷却される。これにより、冷凍サイクル回路５０の圧縮機５１が駆動されない前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）においても前記車室内が冷房され得る。

【0050】

［エンジン加熱モード（図６）］
エンジン加熱モードは、エンジン１０の始動性の向上、燃費の改善、排気ガスの浄化性能の向上などのため、前記車両の停車中（走行前）や始動直後のエンジン１０が十分に暖まっていないときなどにエンジン１０を加熱（加温）する動作モードである。

【0051】

この場合、制御装置８０は、熱媒体回路２０の第１熱媒体ポンプＰ１を動作させる。また、制御装置８０は、廃熱回収回路６０において、電動機６４に電力を供給して電動機６４を動作させ、電動機６４によって膨張／圧縮機６３を駆動して膨張／圧縮機６３を圧縮機として動作させ、送風ファン６６を動作させ、及び、四方弁６７の第１ポート６７ａと第２ポート６７ｂとを連通させると共に四方弁６７の第３ポート６７ｃと第４ポート６７ｄとを連通させる（前記第１の状態）。なお、制御装置８０は、第２熱媒体ポンプＰ２及び作動流体ポンプＰ３を動作させない。また、熱媒体回路２０においては、サーモスタットＴＳにより前記熱媒体の全部又は大部分が第２熱媒体循環回路４０を循環する。

【0052】

すると、第２熱媒体循環回路４０では第１熱媒体ポンプＰ１によって前記熱媒体が図６中の矢印方向に循環する。つまり、第２熱媒体循環回路４０において、前記熱媒体はエンジン１０を経由して循環する。具体的には、前記熱媒体は第１熱媒体ポンプＰ１→エンジン１０→廃熱回収回路６０の第２熱交換器６１→第１熱交換器４１（→第１熱媒体ポンプＰ１）の順に流れる。また、廃熱回収回路６０では、電動機６４に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３と、四方弁６７とによって前記作動流体が図６中の矢印方向に循環する。つまり、廃熱回収回路６０において、前記作動流体は膨張／圧縮機６３→第２熱交換器６１→第２膨張弁７１→第３熱交換器６５（→膨張／圧縮機６３）の順に流れる。

【0053】

そのため、第２熱媒体循環回路４０において、前記熱媒体は、第２熱交換器６１を通過する際に、膨張／圧縮機６３で高温高圧に圧縮された前記作動流体によって加熱され、加熱された前記熱媒体（高温）がエンジン１０を流れることになる。これにより、前記車両の停車中（さらに言えば、前記車両の走行前）にエンジン１０が加熱され得る。

【0054】

なお、制御装置８０がさらに空調ユニット１００の送風機１２０を動作させ、前記エアミックスドアを制御して前記空調空気が第２熱媒体循環回路４０の第１熱交換器４１を通過するようにすることにより、エンジン１０の加熱に加えて車室内の暖房も行われ得る。また、ここでは車両用空調装置１が前記車両の停車中（前記車両の走行前）にエンジン１０を加熱する場合について説明したが、車両用空調装置１は、始動直後などのエンジン１０が十分に暖まっていない場合にもエンジン１０を加熱することができる。そして、前者の場合には主にエンジン１０の始動性の向上を図ることができ、後者の場合には主に燃費の改善や排気の浄化性能の向上を図ることができる。

【0055】

以上説明したように、実施形態に係る車両用空調装置１では、前記車両の走行中など第２熱媒体循環回路４０において前記熱媒体がエンジン１０を経由して循環しているとき、廃熱回収回路６０において作動流体ポンプＰ３及び四方弁６７によって前記作動流体を作動流体ポンプＰ３→第２熱交換器６１→膨張／圧縮機６３→第３熱交換器６５（→作動流体ポンプＰ３）のように循環させることにより、前記熱媒体によって加熱された前記作動流体を膨張／圧縮機６３に流入させ、膨張／圧縮機６３を膨張機として動作させて電動機６４で発電することができる。したがって、実施形態に係る車両用空調装置１によれば、エンジン１０の廃熱（前記熱媒体の熱）を回収して電力に変換することができる。

【0056】

また、実施形態に係る車両用空調装置１では、第２熱媒体循環回路４０において前記熱媒体が第１バイパス流路４５を流れることによって前記熱媒体がエンジン１０をバイパスして循環し、廃熱回収回路６０において電動機６４に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３と四方弁６７とによって前記作動流体を膨張／圧縮機６３→第２熱交換器６１→第２膨張弁７１→第３熱交換器６５（→膨張／圧縮機６３）のように循環させることにより、第２熱交換器６１で前記熱媒体を前記作動流体によって加熱し、加熱された前記熱媒体を第１熱交換器４１に流すことで前記車室内の暖房を行うことができる。したがって、実施形態に係る車両用空調装置１によれば、エンジン１０が発生する熱を利用できない前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）においても前記車室内を暖房することができる。なお、第２熱媒体循環回路４０及び／又は廃熱回収回路６０に電気ヒータや燃焼式ヒータなどの暖房補助機器を接続し、外気温度が低い場合など、圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３だけは十分な暖房能力が得られない場合は前記暖房補助機器を利用するようにしてもよい。

【0057】

また、実施形態に係る車両用空調装置１では、第２熱媒体循環回路４０において前記熱媒体が第１バイパス流路４５を流れることによって前記熱媒体がエンジン１０をバイパスして循環し、廃熱回収回路６０において電動機６４に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３と四方弁６７とによって前記作動流体を膨張／圧縮機６３→第３熱交換器６５→第２膨張弁７１→第２熱交換器６１（→膨張／圧縮機６３）のように循環させることにより、第２熱交換器６１で前記熱媒体を前記作動流体によって冷却し、冷却された前記熱媒体を第１熱交換器４１に流すことで前記車室内の冷房を行うことができる。したがって、実施形態に係る車両用空調装置１によれば、冷凍サイクル回路５０の圧縮機５１が駆動されない前記車両の停車中（エンジン１０の停止時）においても前記車室内を冷房することができる。

【0058】

また、実施形態に係る車両用空調装置１では、第２熱媒体循環回路４０において前記熱媒体がエンジン１０を経由して循環し、廃熱回収回路６０において電動機として動作する電動機６４に駆動されて圧縮機として動作する膨張／圧縮機６３と四方弁６７とによって前記作動流体を膨張／圧縮機６３→第２熱交換器６１→第２膨張弁７１→第３熱交換器６５（→膨張／圧縮機６３）のように循環させることにより、第２熱交換器６１で前記熱媒体を前記作動流体によって加熱し、加熱された前記熱媒体をエンジン１０に流すことでエンジン１０を加熱することができる。したがって、実施形態に係る車両用空調装置１によれば、前記車両の走行前にエンジン１０を予め加熱（加温）することができる。

【0059】

なお、上述の実施形態では、第２熱媒体ポンプＰ２によって第２熱媒体循環回路４０において前記熱媒体がエンジン１０をバイパスして循環するようになっている。しかし、これに限られるものではない。第２熱媒体循環回路４０においてエンジン１０を経由する前記熱媒体の循環と、エンジン１０をバイパスする前記熱媒体の循環とが切替可能になっていればよい。例えば、第１熱媒体ポンプＰ１が第１熱交換器４１と第２分岐部Ｂ２との間に配置され、第２熱媒体ポンプＰ２が省略され、第１接続部Ｃ１及び第２分岐部Ｂ２にそれぞれ流量調整部等が設けられてもよい。

【0060】

また、上述の実施形態では、四方弁６７によって廃熱回収回路６０における前記作動流体の流れる方向が変更されている。しかし、これに限られるものではない。廃熱回収回路６０において前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替え可能であればよく、四方弁６７以外の流路切替弁（複数の弁で構成される場合を含む。）が用いられてもよい。

【0061】

さらに、図７に示されるように、廃熱回収回路６０は、前記車両に着脱可能に形成された筐体９１内に収容されて廃熱回収ユニット９０として形成されてもよい。この場合、筐体９１は、例えば、前記熱媒体が流入する熱媒体入口部９１ａと、前記熱媒体が流出する熱媒体出口部９１ｂと、電力入出力部９１ｃとを有する。熱媒体入口部９１ａは、例えば第６配管Ｌ６を介して第２熱交換器６１の入口ポート６１ｃに連通し、熱媒体出口部９１ｂ、例えば第７配管Ｌ７を介して第２熱交換器６１の出口ポート６１ｄに連通し、電力入出力部９１ｃは、例えば第２配線Ｗ２を介して電力変換器６８に接続される。このようにすると、廃熱回収回路６０を車両に取り付けること、及び／又は、交換や修理などのために廃熱回収回路６０を車両から取り外すことが容易になるので便宜である。

【0062】

ここで、従来技術と比較した実施形態に係る車両用空調装置１の従来技術と比較した有利な効果についてさらに説明する。例えば特許文献１に記載された技術では、冷凍サイクルとランキンサイクルとが共通の凝縮器を利用している。そのため、冷房とエンジンの廃熱回収とが同時に行われると、それぞれが他方の圧力の影響を受けることになって本来の性能を発揮することができない。具体的には、ランキンサイクルの影響によって冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側圧力が増加する。その結果、圧縮機の動力が増加し、ひいては燃費の悪化を招く。他方、ランキンサイクル側においては、冷房負荷の影響によって凝縮器側の圧力が増加し、膨張機の流入する冷媒の圧力差が充分に確保できない。その結果、発電量が減少し、ひいては燃費向上効果が減少する。つまり、特許文献１に記載された技術では、エンジンの廃熱回収による車両燃費の改善が充分に見込めないだけでなく、冷房時に燃費そのものが悪化してしまうおそれがあるという課題がある。また、車両停車時の空調のために、車両停車時の利用に特化した空調装置もあるが、このような空調装置は、車両走行時にエンジンの廃熱回収などに利用されないため、単に車両の重量が増加することになって、燃費の悪化を招くという課題がある。

【0063】

これに対し、実施形態に係る車両用空調装置１は、冷凍サイクル回路５０に加えて、上述のような構成の第２熱媒体循環回路４０及び廃熱回収回路６０を有することにより、車両停車時に車室内の冷房／暖房を行うこと及び車両走行時にエンジンの排熱を回収して発電することが可能であり、また、車両走行時に冷房とエンジンの廃熱回収とが同時に行われた場合であっても圧縮機の動力の上昇や発電量の減少を招くことがない。したがって、実施形態に係る車両用空調装置１によれば、車両停車時における車室内の冷房／暖房を可能としつつ、燃費の改善に大きく寄与することができるという従来技術と比較した有利な効果を有するものである。

【0064】

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は、上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらなる変形等が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0065】

１…車両用空調装置、１０…エンジン（駆動源）、３０…第１熱媒体循環回路、４０…第２熱媒体循環回路、４１…第１熱交換器、４５…第１バイパス流路、５０…冷凍サイクル回路、５１…圧縮機、５３…凝縮器、５５…第１膨張弁、５７…蒸発器、６０…廃熱回収回路、６１…第２熱交換器、６３…膨張／圧縮機、６４…電動機、６５…第３熱交換器、６６…送風ファン、６７…四方弁（流路切替弁）、６８…電力変換器、９０…廃熱回収ユニット、９１…筐体、１００…空調ユニット、１１０…空調ケース、Ｐ１…第１熱媒体ポンプ、Ｐ２…第２熱媒体ポンプ、Ｐ３…作動流体ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】