CN104995047B - 车辆用空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用空调装置，其具有冷凝器、蒸发器和切换部，其中，由压缩机排出的高温高压的冷却介质流经所述冷凝器内部，所述冷凝器对经过其周围的空气进行加热；低温低压的冷却介质流经所述蒸发器内部，所述蒸发器从经过其周围的空气吸收热量；在车辆用空调装置对车辆制热时、制冷时以及除湿制热时，所述切换部与制热、制冷以及除湿制热相对应地切换空气流向。在车辆用空调装置对车辆制热时，所述切换部使经过所述冷凝器周围的空气流到所述车室内；在车辆用空调装置对所述车辆制冷时，所述切换部使经过所述蒸发器周围的空气流到所述车室内；在车辆用空调装置对所述车辆除湿制热时，所述切换部使依次经过所述蒸发器及所述冷凝器周围的空气流到所述车室内。通过上述方式，仅切换车辆用空调装置内的空气流向，便能够切换制冷、制热及除湿制热模式。

Description

车辆用空调装置

技术领域

本发明涉及一种车辆用空调装置。

本申请要求2013年3月29日提交的日本发明专利申请特愿2013-074870号的优先权，并且在此引用该申请的内容。

背景技术

现有技术中，人们公知一种利用冷却水循环系统的车辆用空调装置，其具有加热器和蒸发器，其中，被引擎的余热加热后的冷却水流经加热器，冷却介质流经蒸发器(例如参照专利文献1)。对于这种车辆用空调装置，在制热时，流经通风管的空气被加热器加热，在制冷时，流经通风管的空气被蒸发器冷却。

另外，在不以引擎作为车辆驱动源的不具有引擎的电动汽车等中，制暖时不能利用引擎的冷却水。因而，在该电动汽车中，采用以热泵循环系统来替代上述冷却水循环系统的车辆用空调装置。在这种车辆用空调装置中，通过切换冷却介质的流向，来在制冷模式和制热模式之间切换空调装置的工作状态。

在此，对现有技术中利用热泵循环系统的车辆用空调装置中，制冷模式及制热模式下的冷却介质的流向进行简单的说明。图5A及图5B是现有技术中的车辆用空调装置的结构图，图5A表示制热模式，图5B表示制冷模式。

如图5A所示，在制热模式下，从压缩机101排出的高温高压的冷却介质在室内冷凝器102中散发热量。之后，由膨胀阀104使冷却介质膨胀，使其呈气液两相(富液相(liquid-rich))的喷雾状。接下来，冷却介质在室外换热器105中从车室外部吸收热量，在呈气液两相(富气相(vapor-rich))的喷雾状的状态下经过制热电磁阀106和合流管107，流入气液分离器108。在气液分离器108中冷却介质被气液分离，之后，其中的气相的冷却介质再次被吸入压缩机101。

然后，被风机109送入通风管103内的空气经过室内冷凝器102，从而作为暖风被供应到车室内(参见图中箭头)。

另外，在制冷模式下，从压缩机101排出的高温高压的冷却介质经过室内冷凝器102和膨胀阀104，在室外换热器105中向车室外部散发热量。之后，冷却介质经过倒流截止阀111和分流管112，流入制冷电子膨胀阀113。

然后，由制冷电子膨胀阀113使冷却介质膨胀，使其呈气液两相(富液相)的喷雾状。接下来，冷却介质在蒸发器110中吸收热量，从而使通风管103内的空气冷却。之后，经过蒸发器110后的呈气液两相(富气相)的冷却介质经过合流管107，流入气液分离器108。在气液分离器108中冷却介质被气液分离，之后，其中的气相的冷却介质再次被吸入压缩机101。

由此，被风机109送入通风管103内的空气由于在蒸发器110处被吸收热量而冷却，之后避开室内冷凝器102流向车室内，从而作为冷风被供应到车室内。

【专利文献1】日本发明专利公开公报特开昭63-241818号

然而，在利用热泵循环系统的车辆用空调装置中，由于制热模式和制冷模式下的冷却介质流向不同，与利用上述冷却水循环系统的车辆用空调装置相比，各种配管阀门及连接部件等的附属零部件较多。因此，随着零部件数量的增多，会出现如下问题。

第1，由于上述附属零部件的热传导及流路阻力的增加，导致空调性能恶化。

第2，附属零部件的增加会导致装置成本的增加，以及生产效率的降低。

第3，随着附属零部件的增加，封入的冷却介质的量会增加，从而导致装置成本增加，装置重量也会增加。

第4，随着附属零部件的增加，各种配管、阀门及连接部件等的连接部分处可能会出现冷却介质泄漏的问题，从而导致空调装置的系统可靠性降低。

发明内容

鉴于上述情况，提出了本发明，本发明的目的在于，提供一种车辆用空调装置，其能够在实现降低成本、提高生产效率、减轻装置重量及结构简单化的同时，确保系统可靠性，并且，该车辆用空调装置的性能较高。

为达成上述目的，本发明所涉及的车辆用空调装置具有冷凝器、蒸发器和切换部，其中，由压缩机排出的高温高压的冷却介质流经上述冷凝器内部，上述冷凝器对经过其周围的空气进行加热；低温低压的冷却介质流经上述蒸发器内部，上述蒸发器从经过其周围的空气吸收热量；在车辆用空调装置对车辆制热时、制冷时以及除湿制热时，上述切换部与制热、制冷以及除湿制热相对应地切换空气流向。在上述车辆用空调装置对车辆制热时，上述切换部使经过上述冷凝器周围的空气流到上述车室内；在上述车辆用空调装置对上述车辆制冷时，上述切换部使经过上述蒸发器周围的空气流到上述车室内；在上述车辆用空调装置对上述车辆除湿制热时，上述切换部使依次经过上述蒸发器及上述冷凝器周围的空气流到上述车室内。

上述车辆用控制装置还可以采用如下结构：上述冷凝器和上述蒸发器靠近配置。

上述车辆用空调装置还可以具有连接部，该连接部连接上述冷凝器和上述蒸发器，使从上述冷凝器被排出后的冷却介质膨胀，并将低温低压的冷却介质排入上述蒸发器，上述冷凝器和上述蒸发器通过上述连接部成为一体。

上述车辆用控制装置还可以采用如下结构：上述冷凝器和上述蒸发器配置于上述车辆的仪表板附近的位置。

采用本发明，车辆用空调装置对车辆制热(供应暖风)时，空气在经过冷凝器周围时与冷凝器之间发生换热，从而使得空气被加热。结果，空气被作为暖风供应到车室内。

另外，在车辆用空调装置对车辆制冷(供应冷风)时，空气在经过蒸发器周围时，蒸发器从空气吸收热量，从而使得空气被冷却。结果，空气被作为冷风供应到车室内。

在车辆用空调装置对车辆除湿制热(供应已除湿的暖风)时，空气在经过蒸发器时，被蒸发器吸收热量而冷却至露点温度以下，从而被除湿。之后，被除湿后的空气经过冷凝器，与上述制热时同样，空气作为暖风被供应到车室内。

如此，在本发明中，仅切换车辆用空调装置内的空气流向，便能够切换制冷、制热及除湿制热模式。因此，与现有技术中的热泵循环系统那样的通过切换冷却介质流向来切换各种模式的结构相比，能够削减零部件数量。

结果，能够实现降低成本、提高生产效率、降低装置重量以及结构简单化。

另外，随着零部件数量的减少，能够抑制导热面积及流路阻力的增加，从而能够提高空调性能。

再者，由于能够抑制各部件之间的连接部分处的冷却介质泄漏，因而能够提高系统可靠性。

另外，采用本发明，冷凝器和蒸发器靠近配置，例如能够缩短连接冷凝器和蒸发器的配管等。由此，能够进一步削减零部件数量。

此外，采用本发明，通过使冷却介质膨胀的连接部，来使上述冷凝器和蒸发器成为一体，能够使冷凝器和蒸发器之间的冷却介质流路最短化。由此，能够节省空间以及进一步削减零部件数量。

另外，采用本发明，冷凝器和蒸发器配置于仪表板附近，因而能够有效地使流经冷凝器及蒸发器的空气在车室和电机室及引擎室之间流通。

附图说明

图1是车辆用空调装置的结构图(侧视图)。

图2A是用于说明制冷模式的说明图，相当于图1所示的结构图。

图2B是用于说明制冷模式的说明图，用于说明空气流向及冷却介质流向。

图3A是用于说明制热模式的说明图，相当于图1所示的结构图。

图3B是用于说明制热模式的说明图，用于说明空气流向及冷却介质流向。

图4A是用于说明除湿制热模式的说明图，相当于图1所示的结构图。

图4B是用于说明除湿制热模式的说明图，用于说明空气流向及冷却介质流向。

图5A是现有技术中的车辆用空调装置的结构图，表示制热模式。

图5B是现有技术中的车辆用空调装置的结构图，表示制冷模式。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在下面的说明中，在没有特别记载时，前后上下左右等方向与以车辆为基准的方向相同。另外，附图中，箭头FR表示车辆前方，箭头UP表示车辆上方。

【车辆用空调装置】

图1是车辆用空调装置的结构图(侧视图)。

图1所示的本实施方式所涉及的车辆用空调装置1例如安装在电动汽车等上，该电动汽车等不具有作为车辆驱动源的引擎(内燃机)。具体而言，车辆用空调装置1主要具有壳体10、能够使冷却介质循环的热泵循环系统11。

壳体10例如呈在前后方向上较长的箱型，配置于前后方向上的中央部，贯通划分车室2和电机室3的仪表板4。即，壳体10以如下状态配置：其前部从仪表板4向电机室3一侧突出，其后部从仪表板4向车室2一侧突出。

壳体10的前后两端部上形成有朝上方突出的一对导入管(第1导入管12及第2导入管13)。

第1导入管12位于壳体10的前端部，并且具有未图示的第1空气吸入口，该第1空气吸入口朝车宽方向上的一侧开口。另外，第1导入管12内收装有第1风机14。第1风机14将从第1空气吸入口吸进壳体10内的车室内的空气或外部空气(下面的说明中，有时会将车室内的空气和外部空气统称为空气)送向壳体10内部。

第2导入管13位于壳体10的后端部，并且具有未图示的第2空气吸入口，该第2空气吸入口朝车宽方向上的另一侧开口。另外，第2导入管13内收装有第2风机15。第2风机15将从第2空气吸入口吸进壳体10内的空气送向壳体10内部。

壳体10上形成有多个排出口21～23，该多个排出口21～23将流经壳体10内之后的空气向壳体10外部排出。具体而言，壳体10具有朝下方开口的下方排出口21、朝后方开口的后方排出口22、朝上方开口的上方排出口23。

下方排出口21位于壳体10的下表面上，能够与电机室3内部连通。

后方排出口22在壳体10上位于比下方排出口22靠后方的位置，能够与车室2内部连通。

另外，壳体10上设有第1风门(切换部)31，通过切换第1风门，能够敞开下方排出口21和后方排出口22这两个排出口中的一个。具体而言，由未图示的驱动机构驱动第1风门，使第1风门能够在冷却位置D1和加热位置D2之间转动(参见图1中箭头A1)，其中，冷却位置D1是使下方排出口21敞开且使后方排出口22闭塞的位置，加热位置D2是使后方排出口22敞开且使下方排出口21闭塞的位置。

即，第1风门31位于冷却位置D1时，从下方排出口21排出的空气被排入电机室3内。另外，第1风门31位于加热位置D2时，从后方排出口22排出的空气通过设置于车室2的供应口，作为制热用(或者除湿制热用)的暖风被供应到车室2内(脚部、上半身及除霜器(DEF)等处)。

上方排出口23形成于壳体10的上表面上，在前后方向上横跨仪表板4，能够分别与电机室3内部及车室2内部连通。

而且，壳体10上设有第2风门(切换部)32，通过该第2风门32能够切换上方排出口23的开口方向，使该开口方向朝向电机室3一侧或车室2一侧。具体而言，由未图示的驱动机构驱动第2风门32，使第2风门32能够在冷却位置E1和加热位置E2之间转动(参见图1中箭头A2)，其中，冷却位置E1是使上方排出口23与车室2一侧连通且使上方排出口23与电机室3一侧之间被闭塞的位置，加热位置E2是使上方排出口23与电机室3一侧连通且使上方排出口23与车室2一侧之间被闭塞的位置。

即，第2风门32位于冷却位置E1时，从上方排出口23排出的空气通过未图示的供应口，作为制冷用的冷风被供应到车室2内。另外，第2风门32位于加热位置E2时，从上方排出口23排出的空气被排入电机室3内。此外，上方排出口23还可以与未图示的引导路径连接，该引导路径在后述的除湿制热模式下将从上方排出口23排入电机室3内的空气导入第1导入管12。

热泵循环系统11例如具有换热单元41及压缩机42，冷却介质能够在换热单元41和压缩机42之间循环。

换热单元41配置于在壳体10内，横跨仪表板4的附近，在前后方向上划分壳体10内部。

具体而言，换热单元41由冷凝器43和蒸发器44通过连接部45形成为一体而构成。在这种情况下，换热单元41中冷凝器43配置于壳体10内的前侧，蒸发器44配置于壳体10内的后侧，且比冷凝器43靠上方。

冷凝器43能够利用流经其内部的高温高压的冷却介质散发热量，例如与壳体10内流经其周围的空气进行换热。也就是说，冷凝器43能够对经过其周围的空气进行加热。冷凝器43在壳体10内的电机室3一侧配置于第1导入管12和下方排出口21之间，隔开第1导入管12和下方排出口21。

蒸发器44使流经其内部的低温低压的冷却介质和壳体10内的空气进行换热。具体而言，蒸发器44例如通过冷却介质蒸发时的吸热，对经过其周围的空气进行冷却。蒸发器44在壳体10内的车室2一侧配置于第2导入管13和上方排出口23之间，隔开第2导入管13和上方排出口23。

连接部45具有膨胀阀46，该膨胀阀46连接冷凝器43的出口侧流路43a和蒸发器44的入口侧流路44b。膨胀阀46使从冷凝器43排出后的冷却介质膨胀，将气液2相的雾状的冷却介质排入蒸发器44的入口侧流路44b。另外，也可以用扩散器等替代膨胀阀46。

压缩机42连接蒸发器44的出口侧流路44a和冷凝器43的入口侧流路43b。压缩机42吸入流经蒸发器44而呈气相的冷却介质，对该冷却介质进行压缩，将高温高压的冷却介质排入冷凝器43。

【车辆用空调装置的工作方法】

接下来，对上述车辆用空调装置1的工作方法进行说明。在本实施方式的车辆用空调装置1中，通过切换壳体10内的空气流向，能够切换制冷模式、制热模式及除湿制热模式。

首先，对热泵循环系统11中的冷却介质流向(参见附图中箭头C)进行说明。

图2A及图2B是用于说明制冷模式的说明图，图2A相当于图1所示的结构图，图2B是用于说明空气流向以及冷却介质流向的图。

如图2A及图2B所示，由压缩机42排出的高温高压的冷却介质(气相)被供应到冷凝器43的入口侧流路43b。被供应到冷凝器43的入口侧流路43b后的冷却介质在流经冷凝器43的过程中散发热量，变为液相。之后，变为液相后的冷却介质经由出口侧流路43a流入膨胀阀46。

然后，冷却介质被膨胀阀46膨胀，呈气液2相的喷雾状，并被供应到蒸发器44的入口侧流路44b。之后，被供应到蒸发器44的入口侧流路44b后的冷却介质，在流经蒸发器44的过程中吸收热量，变为气相。之后，变为气相后的冷却介质从出口侧流路44a流出，再次被吸入压缩机42。

另外，壳体10内的空气被蒸发器44冷却至露点温度以下，从而水汽凝结，成为凝结水W附着于蒸发器44及连接部45的外周面。于是，该凝结水W流到冷凝器43以及压缩机42处，从而对冷凝器43的超热部(过热部)以及压缩机42的变频器等进行冷却。

接下来，对各模式下的空气流向进行说明。

【制冷模式】

在制冷模式下，首先如图2A所示，将第1风门31及第2风门32设定在冷却位置D1、E1。即，由第1风门31使后方排出口22闭塞，由第2风门使上方排出口23的电机室3一侧闭塞。

若在该状态下驱动各风机14、15，则空气F1、F2通过各吸入口分别流入第1导入管12内以及第2导入管13内。另外，从各导入管12、13吸入的空气可以是车室内的空气也可以是外部空气，在图2B中，第1导入管12内流入的是外部空气，第2导入管13内流入的是车室内的空气。

对于各导入管12、13内流入的空气F1、F2，流入第1导入管12内的空气F1于壳体10内在经过冷凝器43时与冷凝器43进行换热。之后，空气F1从下方排出口21被排出。然后，从下方排出口21被排出后的空气F1通过电机室3被排出到车外。即，空气F1在冷凝器43处被利用于散发热量(空气F1吸收冷凝器43所散发的热量)之后，从下方排出口21被排出。

另外，流入第2导入管13内的空气F2于壳体10内在经过蒸发器44时，由于被蒸发器44吸走热量而冷却，之后，从上方排出口23被排出。从上方排出口23被排出后的空气F2通过未图示的供应口作为冷风被供应到车室2内。此外，对于从供应口供应到车室2内的空气的温度，能够根据压缩机42的转数等进行调整。

【制热模式】

图3A及图3B是用于说明制热模式的说明图，图3A相当于图1所示的结构图，图3B是用于说明空气流向以及冷却介质流向的图。

在制热模式下，首先如图3A所示，将第1风门31及第2风门32设定于加热位置D2、E2。即，由第1风门31闭塞下方排出口21，由第2风门32闭塞上方排出口23的车室2一侧。

在制热模式下，对于流入各导入管12、13内的空气F1、F2，流入第1导入管12内的空气F1于壳体10内在经过冷凝器43时，与冷凝器43进行换热，从而被加热。之后，空气F1从后方排出口23被排出。然后，从后方排出口23被排出后的空气F1通过未图示的供应口，作为暖风被供应到车室2内。另外，从第1导入管12吸入的空气可以是车室内的空气，也可以是外部空气，但优选为，除霜器用空气使用外部空气，吹向脚部及上半身的制热用空气使用车室内的空气。

另外，流入第2导入管13内的空气F2于壳体10内在经过蒸发器44时，由于被蒸发器吸走热量而冷却，之后从上方排出口23被排出。从上方排出口23被排出的空气经由电机室3内被排出到车外。

此外，从第2导入管13吸入的空气F2可以是车室内的空气，也可以是外部空气。如图3B所示，若吸入第2导入管13内的空气F2为外部空气，则该外部空气吸收电机室3内的余热而变为高温，之后，经过蒸发器44。因此，能够提高蒸发器44的换热效率。

【除湿制热模式】

图4A及图4B是除湿制热模式的说明图，图4A相当于图1所示的结构图，图4B是用于说明空气流向以及冷却介质流向的图。

在除湿制热模式下，首先如图4A所示，与制热模式同样，在将第1风门31及第2风门32设定于加热位置D2、E2的状态下，从第2导入管13吸入空气F2。

流入第2导入管13内的空气F2于壳体10内在经过蒸发器44时，由于被蒸发器44吸走热量而冷却。此时，经过蒸发器44的空气F1被冷却至露点温度以下，从而在被除湿后的状态下从上方排出口23被排出。

从上方排出口23被排出后的空气F2a(以下称为除湿空气2a)经由电机室3内(例如上述引导路径)流入第1导入管12。

流入第1导入管12内的除湿空气F2a于壳体10内在经过冷凝器43时，由于与冷凝器43进行换热而被加热。之后，除湿空气F2a从后方排出口23被排出。然后，与上述制热模式下同样，从后方排出口23被排出后的除湿空气F2a通过未图示的供应口被供应到车室2内。尤其是，通过将在除湿制热模式下供应到车室2内的除湿空气F2a用于除霜器，能够有效地去除车辆的挡风玻璃上的霜及雾气。

另外，在除湿制热模式下，也可以向第1导入管12内导入车室内的空气或者外部空气，向脚部或者上半身供应暖风。这种情况下，可以分别供应车室内空气或外部空气用于供暖(制热)、供应除湿空气F2a用于除霜器，也可以使车室内空气或外部空气与除湿空气F2a在壳体10内合流之后，对其进行分配用于供暖以及除霜器。

如此，在本实施方式中，仅通过切换壳体10内的空气流向，便能够切换制冷模式、制热模式及除湿制热模式。因此，与现有技术中的热泵循环系统那样的通过切换冷却介质流向来切换各种模式的结构相比，能够削减零部件数量。

结果，能够降低成本、提高生产效率以及使结构简单化等。

另外，随着零部件数量的减少，能够抑制导热面积及流路阻力的增加，从而能够提高空调性能。

再者，由于能够抑制各部件之间的连接部分处的冷却介质泄漏，因而能够提高系统可靠性。

另外，在本实施方式中，由于冷凝器43和蒸发器44靠近配置，例如能够缩短连接冷凝器43和蒸发器44的配管等。从而，能够进一步削减零部件数量。

此外，在本实施方式中，通过包含膨胀阀46的连接部45，使冷凝器43和蒸发器44一体化，从而能够使冷凝器和蒸发器之间的冷却介质的流路最短化。由此，能够节省空间以及进一步削减零部件数量。

而且，由于本实施方式中冷凝器43及蒸发器44配置于仪表板4附近，因而能够有效地使流经冷凝器43及蒸发器44的空气在车室2和电机室3之间流通。

另外，本发明的技术范围并不局限于上述各实施方式，其包含在不脱离本发明主旨的范围内对上述实施方式进行的各种变形。即，上述实施方式所例举的结构等仅仅是一个例子，能够对其进行适当变形。

例如，在上述实施方式中，以不具有引擎的车辆作为电动汽车的一个例子进行了说明，其实并不局限于此，也可以在燃料电池汽车中采用本发明的车辆用空调装置1。另外，也可以在具有引擎的车辆中采用本发明的车辆用空调装置1。此外，在具有引擎的车辆中采用本发明的车辆用空调装置1时，可以采用如下结构：在壳体10内设置能够使引擎的冷却水循环的加热器。

另外，在上述实施方式中，对除湿制热模式下从上方排出口23排出的除湿空气F2a全部流入第1导入管12的结构进行了说明，其实并不局限于此。例如，也可以在上方排出口23处设置排出路径和引导路径，其中，排出路径用于在除湿制热模式下将被排入电机室3内的空气排出到车外，引导路径用于在除湿制热模式下将被排入电机室3内的空气引导至第1导入管12。即，也可以使上方排出口23排出的除湿空气F2a中，一部分的除湿空气通过排出路径排出到车外，余下的除湿空气通过引导路径流入第1导入管12。

此外，在上述实施方式中，对各风门31、32设定于冷却位置D1、E1或者加热位置D2、E2中的一方的情况进行了说明，其实并不局限于此，也可以采用能够调整冷却位置D1、E1和加热位置D2、E2之间的开度的结构。

【附图标记说明】

1：车辆用空调装置；31：第1风门(切换部)；32：第2风门(切换机构)；42：压缩机；43：冷凝器；44：蒸发器。

Claims (2)

1.一种车辆用空调装置，具有冷凝器、蒸发器和切换部，其中，

压缩机排出的高温高压的冷却介质流经所述冷凝器内部，由所述冷凝器对经过其周围的空气进行加热；

低温低压的冷却介质流经所述蒸发器内部，所述蒸发器从经过其周围的空气吸收热量；

在车辆用空调装置对车辆制热时、制冷时以及除湿制热时，所述切换部与制热、制冷以及除湿制热相对应地切换空气流向，

该车辆用空调装置的特征在于，

在所述车辆用空调装置对车辆制热时，所述切换部使经过所述冷凝器周围的空气流到车室内，

在所述车辆用空调装置对所述车辆制冷时，所述切换部使经过所述蒸发器周围的空气流到所述车室内，

在所述车辆用空调装置对所述车辆除湿制热时，所述切换部使依次经过所述蒸发器及所述冷凝器周围的空气流到所述车室内，

所述冷凝器和所述蒸发器靠近配置，

所述压缩机、所述蒸发器的流路的出口和所述冷凝器的流路的入口靠近配置，

还具有连接部，所述连接部连接所述冷凝器和所述蒸发器，使从所述冷凝器被排出后的冷却介质膨胀，并将低温低压的冷却介质排入所述蒸发器，

所述冷凝器和所述蒸发器通过所述连接部成为一体，

所述蒸发器比所述冷凝器靠上方配置。

2.根据权利要求1所述的车辆用空调装置，其特征在于，

所述冷凝器和所述蒸发器配置于所述车辆的仪表板附近的位置。