CN105073461A - 热泵式汽车空调系统 - Google Patents

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Abstract

该热泵式汽车空调系统，其在作为基础的制冷用制冷剂回路(14)上连接着设置在HVAC单元(2)内的车内蒸发器(6)的下游侧的车内冷凝器(7)，并且设有在储液罐(11)的出口侧与车外热交换器(10)的一端侧之间具有第2减压机构(16)的第1回路(17)、以及具有连接在车外热交换器(10)的另一端侧与电动压缩机(9)的吸入回路(13E)之间且在制暖时打开的电磁阀(18)的第2回路(19)，并具有制暖用制冷剂回路(20)，其依次连接电动压缩机(9)、切换机构(15)、车内冷凝器(7)、储液罐(11)、具有第2减压机构(16)的第1回路(17)、车外热交换器(10)以及具有电磁阀(18)的第2回路(19)。

Description

热泵式汽车空调系统
技术领域
本发明涉及一种适用于电动汽车(EV车：ElectricVehicle)等的空调的热泵式汽车空调系统。
背景技术
在用于EV车(ElectricVehicle，电动汽车)、HEV车(HybridElectricVehicle，混合动力汽车)、以及PHEV车(Plug-inHybridElectricVehicle，插入式混合动力汽车)等的汽车空调系统中，无法利用发动机冷却水等的燃烧排热实施制暖运行。因此，人们考虑了使用电动压缩机的热泵式空调系统，但采用换向式热泵时，必须在制冷运行和制暖运行的不同压力条件下共用构成制冷剂回路的配管类和蒸发器、冷凝器等热交换器等，因此必须对适用于现行发动机驱动式汽车的汽车空调系统进行全面改进。
因此，根据例如专利文献1，提供有一种热泵式汽车空调系统，其直接利用现行系统的制冷用制冷剂回路，并经由切换阀和旁路电路等在该回路中追加设置在HVAC单元(HeatingVentilationandAirConditioningUnit，供热通风与空调单元)内的车内冷凝器(也称为副冷凝器)和车外蒸发器，构成制暖用制冷剂回路。
另一方面，专利文献2中公开有一种热泵式汽车空调系统，其构成为，经由四通阀将制暖用旁路电路连接至车外冷凝器，同时将副冷凝器连接至膨胀阀的上游侧，并在HVAC单元内将该副冷凝器配设在蒸发器的下游侧。此外，专利文献3中公开有一种热泵式汽车空调系统，其构成为，在HVAC单元内的上游侧配设蒸发器，在下游侧配设经由膨胀阀进行连接的车内冷凝器，使用2个四通阀经由作为冷凝器或蒸发器发挥功能的车外热交换器或其旁路电路将该车内冷凝器的制冷剂入口侧连接至压缩机的排出侧，同时利用该2个四通阀经由车外热交换器或其旁路电路将蒸发器的制冷剂出口侧连接至压缩机的吸入侧。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-96634号公报
专利文献2：日本专利特开平11-170849号公报
专利文献3：日本专利第3538845号公报
发明内容
要解决的技术问题
专利文献1所示的热泵式汽车空调系统，其可直接利用现行系统的制冷用制冷剂回路构筑热泵式系统，并且能够在制暖时使制冷剂同时或交替并行地流动至车外蒸发器和车内蒸发器，以抑制结霜模式和除湿制暖模式等进行运转。但是，此时必须使用4片热交换器，因此系统复杂、体积大，并且成本高。此外，当车外蒸发器结霜时，无法导入热气进行除霜，必须通过来自经热气加热后的车外冷凝器的散热进行除霜。因此存在不仅不能有效地进行除霜，而且在外部空气温度为0℃以下时难以进行除霜等课题。
此外，专利文献2、3所示的热泵式汽车空调系统，其为采用3片热交换器的系统，因此能够避免结构复杂、体积大以及成本高等问题。但是，其在制暖时需要利用车内冷凝器再次加热经车内蒸发器冷却除湿后的空气，然后将该空气吹出至车厢内进行制暖，所以再热损失大，无法获得充分的高温风。所以，制暖能力会有些不足。因此，存在必须并用电热器等辅助热源等课题。
本发明鉴于上述问题开发而成，其目的在于提供一种热泵式汽车空调系统，其采用利用了现行系统的制冷用制冷剂回路的3片热交换器的系统，实现了结构简单化、体积小型化以及低成本化，并且没有再热损失，能够充分确保制冷制暖能力，而且制暖时可在车外热交换器的延迟结霜模式和除湿制暖模式等模式下进行运转。
技术方案
为了解决上述课题，本发明的热泵式汽车空调系统采用了以下方法。
也就是说，本发明的第1方式所述热泵式汽车空调系统，其具有：制冷用制冷剂回路，其依次连接有电动压缩机、车外热交换器、储液罐、第1减压机构、以及设置在HVAC单元内的车内蒸发器；车内冷凝器，其配设在所述HVAC单元内的所述车内蒸发器的下游侧，并且制冷剂入口经由切换机构连接至所述电动压缩机的排出回路，同时制冷剂出口连接至所述储液罐；第1回路，其具有连接在所述储液罐的出口侧与所述车外热交换器的一端侧之间的第2减压机构；以及第2回路，其具有连接在所述车外热交换器的另一端侧与所述电动压缩机的吸入回路之间且在制暖时打开的电磁阀，通过依次连接所述电动压缩机、所述切换机构、所述车内冷凝器、所述储液罐、具有所述第2减压机构的所述第1回路、所述车外热交换器、以及具有所述电磁阀的所述第2回路，可构成制暖用制冷剂回路，制暖模式时，在所述车外热交换器结霜时，通过将所述制暖用制冷剂回路切换为所述制冷用制冷剂回路，将来自所述电动压缩机的热气直接导入至所述车外热交换器，从而可实施除霜。
根据本发明的第1方式，通过依次连接电动压缩机、车外热交换器、储液罐、第1减压机构、以及设置在HVAC单元内的车内蒸发器构成制冷用制冷剂回路，相对于该制冷用制冷剂回路，将配设在HVAC单元内的车内蒸发器的下游侧的车内冷凝器经由切换机构连接至电动压缩机的排出回路，将其出口侧连接至储液罐，同时通过设置第1回路和第2回路，可构成依次连接电动压缩机、切换机构、车内冷凝器、储液罐、具有第2减压机构的第1回路、车外热交换器、以及具有电磁阀的第2回路的制暖用制冷剂回路，其中该第1回路具有连接在该储液罐的出口侧与车外热交换器的一端侧之间的第2减压机构，第2回路具有连接在车外热交换器的另一端侧与电动压缩机的吸入回路之间且在制暖时打开的电磁阀。因此，采用相对于与现行系统的制冷用制冷剂回路大致等同的制冷用制冷剂回路，追加了设置在HVAC单元内的车内冷凝器、具有第2减压机构的第1回路以及具有电磁阀的第2回路的3片热交换器系统，通过在制冷模式时使车内蒸发器和车外热交换器(作为冷凝器发挥功能)这2片热交换器发挥功能，并且在制暖模式时，使车内冷凝器和车外热交换器(作为蒸发器发挥功能)这2片热交换器发挥功能，从而能够在进行制冷运行和制暖运行时不会产生散热损失和再热损失。因此，能够相应电动压缩机的作功量，以最大极限的能力有效地进行制冷运行和制暖运行，提高其能力，并且采用使用3片热交换器构成的系统，能够实现结构的简单化、体积小型化、以及低成本化。此外，制暖模式时，在车外热交换器结霜时，可切换为制冷用回路，将热气直接导入车外热交换器有效地进行除霜，因此能够缩短除霜时间，并且能够扩大可除霜的外部空气温度范围。
进而，本发明的第2方式的热泵式汽车空调系统在上述热泵式汽车空调系统中，所述储液罐为带止回阀的储液罐，其分别在来自连接于该储液罐的所述车外热交换器和所述车内冷凝器的制冷剂回路的制冷剂流入口装配着止回阀。
根据本发明的第2方式，储液罐采用带止回阀的储液罐，其分别在来自连接于该储液罐的车外热交换器和车内冷凝器的制冷剂回路的制冷剂流入口装配着止回阀。如此，通过装配在储液罐的制冷剂流入口处的止回阀将根据运转方式无需使用的制冷用或制暖用制冷剂回路断开，不论制冷剂是从储液罐向这些回路倒流还是按照止回阀的方向顺流，在前后出现压力差时，都可阻止其流动。因此，能够防止制冷剂流入不使用的回路，并且与将储液罐和止回阀单独设置在制冷剂回路中时相比，能够减少凸缘等连接用部件，简化制冷剂回路，实现低成本化。
进而，本发明的第3方式的热泵式汽车空调系统在上述任一种热泵式汽车空调系统中，所述第1减压机构和所述第2减压机构为带开闭阀功能的减压机构，通过使用该开闭阀功能，能够在制暖模式时和除湿制暖模式时，将所述车外热交换器和所述车内蒸发器作为蒸发器进行并用。
根据本发明的第3方式，第1减压机构和第2减压机构为带开闭阀功能的减压机构，其构成为，通过使用该开闭阀功能，能够在制暖模式时和除湿制暖模式时，将车外热交换器和车内蒸发器作为蒸发器进行并用。因此，通过将运转方式设为制暖模式进行运转，同时使用第1减压机构的开闭阀功能，对其进行开闭控制，将部分制冷剂流至车内蒸发器，并在此对空气进行冷却除湿，从而能够在除湿制暖模式下进行运转。此时，通过打开/关闭开闭阀功能改变来自车内蒸发器的吹出温度，能够在除湿制暖模式时确保温度线性特性(对于设定温度的追随性)。此外，制暖模式时，在车外热交换器结霜的条件下，采用延迟结霜模式，对第1减压机构和第2减压机构的开闭阀功能交替进行开闭控制，使部分制冷剂经过第1减压机构循环至车内蒸发器，减少制冷剂至车外热交换器的循环量，从而能够延迟结霜及其进程，并且抑制吹出空气温度的变动，稳定地继续进行制暖运行。因此，能够改善热泵式汽车空调系统的制暖性能。
进而，本发明的第4方式的热泵式汽车空调系统在上述热泵式汽车空调系统中，所述第1减压机构和第2减压机构为带电磁阀的温度式自动膨胀阀或电子膨胀阀。
根据本发明的第4方式，第1减压机构和第2减压机构为带电磁阀的温度式自动膨胀阀或电子膨胀阀。因此，第1减压机构和第2减压机构为带电磁阀的温度式自动膨胀阀时，能够通过电磁阀的开闭来流通或断开制冷剂，控制制冷剂的流量，当打开电磁阀时，通过温度式自动膨胀阀使车外热交换器出口或车内蒸发器出口的制冷剂过热度变为固定。此外，采用电子膨胀阀时，能够通过电子膨胀阀的全闭、全开功能来流通或断开制冷剂，通过该开度调整功能，能够控制车外热交换器出口或车内蒸发器出口的制冷剂过热度。因此，能够相应运转方式，利用该开闭阀功能切换使用第1减压机构和第2减压机构，并且能够在制暖模式和除湿制暖模式时，并用车外热交换器和车内蒸发器进行运转。另外，在本发明的带电磁阀的温度式自动膨胀阀中，除了使电磁阀和温度式自动膨胀阀形成一体，还包含将独立的电磁阀与温度式自动膨胀阀串联连接而成的方式，本发明中，将在这些阀门上加入带有上述功能的电子膨胀阀的机构，称为带开闭阀功能的减压机构。
进而，本发明的第5方式的热泵式汽车空调系统在上述任一种热泵式汽车空调系统中，所述第1减压机构为带开闭阀功能的减压机构，并且在设有所述第2减压机构的所述第1回路上，作为开闭阀功能的替代机构，设有仅允许制冷剂从所述储液罐的出口侧流向所述车外热交换器侧的止回阀，通过使用所述第1减压机构的开闭阀功能和所述第2回路的所述电磁阀，能够在制暖模式时和除湿制暖模式时，将所述车外热交换器和所述车内蒸发器作为蒸发器进行并用。
根据本发明的第5方式，第1减压机构为带开闭阀功能的减压机构，并且在设有第2减压机构的第1回路上，作为开闭阀功能的替代机构，设有仅允许制冷剂从储液罐的出口侧流向车外热交换器侧的止回阀，通过使用第1减压机构的开闭阀功能和第2回路的电磁阀，能够在制暖模式时和除湿制暖模式时，将车外热交换器和车内蒸发器作为蒸发器进行并用。因此，通过将运转方式设为制暖模式进行运转，同时使用第1减压机构的开闭阀功能，对其进行开闭控制，使部分制冷剂流至车内蒸发器，并在此对空气进行冷却除湿，从而能够在除湿制暖模式下进行运转。此时，通过打开/关闭开闭阀功能改变来自车内蒸发器的吹出温度，从而能够在除湿制暖模式时确保温度线性特性(对于设定温度的追随性)。此外，制暖模式时，在车外热交换器结霜的条件下，采用延迟结霜模式，对第1减压机构的开闭阀功能和第2回路的电磁阀交替进行开闭控制，使部分制冷剂经过第1减压机构循环至车内蒸发器，减少制冷剂至车外热交换器的循环量，从而能够延迟结霜及其进程，并且抑制吹出空气温度的变动，稳定地继续进行制暖运行。因此，能够改善热泵式汽车空调系统的制暖性能。
进而，本发明的第6方式的热泵式汽车空调系统在上述任一种热泵式汽车空调系统中，其构成为，在除湿制暖模式时，相应来自所述车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，对所述第1减压机构的开闭阀功能进行开闭控制，使制冷剂流通至所述车内蒸发器或使其断开。
根据本发明的第6方式，其构成为，在除湿制暖模式时，相应来自车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，对第1减压机构的开闭阀功能进行开闭控制，使制冷剂流通至车内蒸发器或使其断开。因此，将经车内蒸发器冷却、除湿后的空气利用配设在其下游侧的车内冷凝器进行加热来实施除湿制暖时，仅直接利用车内冷凝器加热并吹出经车内蒸发器冷却、除湿后的空气时，不能确保温度线性特性，但通过相应来自车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，使制冷剂流通至车内蒸发器或使其断开，改变车内蒸发器的冷却量，能够使吹出空气温度发生变化。因此，在除湿制暖模式时，也能够切实地确保温度线性特性。
进而，本发明的第7方式的热泵式汽车空调系统在上述任一种热泵式汽车空调系统中，其构成为，在制暖模式时，相应所述车外热交换器的出口制冷剂温度和来自所述车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，对所述第1减压机构的开闭阀功能和所述第2减压机构的开闭阀功能或所述第2回路的电磁阀交替进行开闭控制，交替地使制冷剂流通至所述车外热交换器和所述车内蒸发器或使其断开。
根据本发明的第7方式，其构成为，在制暖模式时，相应车外热交换器的出口制冷剂温度和来自车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，对第1减压机构的开闭阀功能和第2减压机构的开闭阀功能或第2回路的电磁阀交替进行开闭控制，交替地使制冷剂流通至车外热交换器和车内蒸发器或使其断开。因此，制暖模式时，在车外蒸发器结霜的条件下，通过相应车外热交换器的出口制冷剂温度和来自车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，交替地使制冷剂流通至车外热交换器和车内蒸发器或使其断开，从而能够构成延迟结霜模式，减少制冷剂至车外热交换器的循环量，并延迟车外蒸发器的结霜及其进程。另一方面，能够抑制因车内蒸发器的冷却而降低吹出空气温度，并且通过重复该动作，能够将温度变动幅度控制在固定范围内进行运转。因此，在制暖时，能够延迟车外蒸发器的结霜及其进程，并且可抑制吹出空气温度的变动，稳定地继续制暖运行。
有益效果
根据本发明，采用对于与现行系统的制冷用制冷剂回路等同的制冷用制冷剂回路，追加了设置在HVAC单元内的车内冷凝器、具有第2减压机构的第1回路以及具有电磁阀的第2回路的3片热交换器系统，在制冷模式时使车内蒸发器和车外热交换器(作为冷凝器发挥功能)这2片热交换器发挥功能，并且在制暖模式时，使车内冷凝器和车外热交换器(作为蒸发器发挥功能)这2片热交换器发挥功能，从而能够在进行制冷运行和制暖运行时不会产生散热损失和再热损失。因此，能够相应电动压缩机的作功量，以最大极限的能力高效率地进行制冷运行和制暖运行，提高其能力。此外，采用使用3片热交换器构成的系统，能够实现结构的简单化、体积小型化、以及低成本化。此外，制暖模式时，在车外热交换器结霜时，可切换为制冷用回路，将热气直接导入车外热交换器有效地进行除霜，因此能够缩短除霜时间，并且扩大可除霜的外部空气温度范围。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及热泵式汽车空调系统的制冷剂回路图。
图2是装配到上述热泵式汽车空调系统中的储液罐的纵剖面图(A)及其平面图(B)以及图(B)的a-a剖面示意图(C)。
图3是装配到上述热泵式汽车空调系统中的带电磁阀的温度式自动膨胀阀的结构图。
图4是显示上述热泵式汽车空调系统在制冷模式(除霜模式)时的制冷剂流动状态的说明图。
图5是显示上述热泵式汽车空调系统在制暖模式时的制冷剂流动状态的说明图。
图6是显示上述热泵式汽车空调系统在延迟结霜模式时的制冷剂流动状态的说明图。
图7是显示上述热泵式汽车空调系统在除湿制暖模式时的制冷剂流动状态的说明图。
图8是本发明的第2实施方式所涉及热泵式汽车空调系统的制冷剂回路图。
图9是显示上述热泵式汽车空调系统在制冷模式(除霜模式)时的制冷剂流动状态的说明图。
图10是显示上述热泵式汽车空调系统在制暖模式时的制冷剂流动状态的说明图。
图11是显示上述热泵式汽车空调系统在延迟结霜模式时的制冷剂流动状态的说明图。
图12是显示上述热泵式汽车空调系统在除湿制暖模式时的制冷剂流动状态的说明图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。
第1实施方式
以下，使用图1至图7对本发明的第1实施方式进行说明。
图1显示了本发明的第1实施方式所涉及热泵式汽车空调系统的制冷剂回路图，图2显示了装配在该系统中的储液罐的结构图，图3显示了装配在该系统中的带电磁阀的温度式自动膨胀阀的结构图。
本实施方式所涉及热泵式汽车空调系统1具有HVAC单元(HeatingVentilationandAirConditioningUnit，供热通风与空调单元)2和可进行制冷制暖的热泵式制冷剂回路3。
HVAC单元2具有：鼓风机4，其切换导入来自车厢内的内部空气或外部空气中的任一种，并压送至下游侧；车内蒸发器6，其配设在连接于鼓风机4的空气流路5中的上游侧；车内冷凝器7，其配设在空气流路5中的下游侧；以及空气混合风门8，其通过调整流通在车内冷凝器7内的空气量与旁路的空气量的比例，调节吹出至车厢内的空调风的温度。该HVAC单元2构成为，设置在车厢侧的仪表盘内，将空调风从向车厢内开口的多个吹出口选择性地吹出至车厢内。
可进行制冷/制暖运行的热泵式制冷剂回路3具有闭式循环的制冷用制冷剂回路(制冷循环)14，其经由制冷剂配管13依次连接着压缩制冷剂的电动压缩机9、车外热交换器10(制冷时作为冷凝器发挥功能，制暖时作为蒸发器发挥功能)、储液罐11、带开闭阀功能的第1减压机构12、以及设置在HVAC单元2内的车内蒸发器7。该制冷用制冷剂回路14可与适用于发动机驱动式车辆的现行汽车空调系统中使用的制冷剂回路大致等同。
在热泵式制冷剂回路3中，设置在HVAC单元2内的车内冷凝器7经由三通切换阀(切换机构)15连接至来自电动压缩机9的排出配管(排出回路)13A。该车内冷凝器7的制冷剂入口侧连接着来自三通切换阀15的制冷剂配管13B，制冷剂出口侧经由制冷剂配管13C连接至储液罐11，因此构成为，与设置在制冷用制冷剂回路14上的车外热交换器10并联。
此外，在储液罐11的出口制冷剂配管13D与车外热交换器10的制冷运行时的制冷剂出口侧(车外热交换器10的一端侧)之间，连接着具有带开闭阀功能的第2减压机构16的制暖用第1回路17。此外，在车外热交换器10的制冷运行时的制冷剂入口侧(车外热交换器10的另一端侧)与至电动压缩机9的吸入配管(吸入回路)13E之间，连接着具有电磁阀18的制暖用第2回路19。
因此，可构成闭式循环的制暖用制冷剂回路(制暖循环)20，其经由制冷剂配管13A、13B、13C、13D、13E等依次连接着电动压缩机9、三通切换阀15、设置在HVAC单元2内的车内冷凝器7、储液罐11、具有带开闭阀功能的第2减压机构16的第1回路17、车外热交换器10、以及电磁阀18。另外，还对于车外热交换器10附设着用来流通外部空气的风扇21。
进而，本实施方式的储液罐11为带止回阀的储液罐11，其在连接着来自车内冷凝器7的制冷剂配管13C和来自车外热交换器10的制冷剂配管13的2个制冷剂流入口一体装配着止回阀22、23。如图2所示，该储液罐11是内置干燥装置的带止回阀的储液罐11，其由以下部件构成：有底的筒状主体30；盖体31，其焊接至主体30的一端开口部；制冷剂流出管32，其一端连接至盖体31，另一端延长至主体30的底部附近；以及干燥装置36，其通过在设置于主体30内的上方部的上下一对过滤器33、34间填充干燥剂35而构成。
如上所述，盖体31上设有连接着制冷剂配管13C和来自车外热交换器10的制冷剂配管13的2个制冷剂流入口37、38，以及连接着出口制冷剂配管13D的制冷剂流出口39。在制冷剂流入口37、38和制冷剂流出口39分别设置着用来连接制冷剂配管的接头部40、41、42，并且经由该接头部40、41、42连接着制冷剂配管13、13C以及出口制冷剂配管13D。此外，止回阀22、23通过扣环和止动部43、44装配至制冷剂流入口37、38内。
此外，作为带开闭阀功能的第1减压机构12和第2减压机构16，可使用图3所示的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50。
该带电磁阀的温度式自动膨胀阀50设置在车内蒸发器6和作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10的制冷剂入口侧，其将以下部件构成一体：阀主体53，其具有相对于这些蒸发器的入口侧制冷剂流路54和出口侧制冷剂流路55；电磁阀51，其用来开闭设置在阀主体53上的入口侧制冷剂流路54；以及温度式自动膨胀阀52，其位于设置在入口侧制冷剂流路54的阀座部56，并且具有用来调整其开度的球阀57。
电磁阀51构成为，具有电磁线圈51A、活动铁芯51B、以及设置在活动铁芯51B的前端并且开闭入口侧流路54的阀体51C，通过向电磁线圈51A通电，使活动铁芯51B在轴方向上前进后退，并且阀体51C可开闭入口侧流路54。此外，温度式自动膨胀阀52构成为，通过感温管和隔板58感应在出口侧制冷剂流路55内流通的经车内蒸发器6和车外热交换器10蒸发后的制冷剂的温度和压力，根据其差压使轴59前进后退，并通过按下被弹簧60施压的球阀57来调节开度。另外，为了减少成本，电磁阀51和温度式自动膨胀阀52可构成为，将独立的标准的电磁阀和温度式自动膨胀阀串联连接。
使用上述带电磁阀的温度式自动膨胀阀50，并使用车内蒸发器6和作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10中的一个或两个进行运转时，能够通过将电磁阀51打开，经由入口侧流路54将经温度式自动膨胀阀52隔热膨胀后的制冷剂供应至车内蒸发器6和车外热交换器10，从而利用温度式自动膨胀阀52自动控制制冷剂流量，使各蒸发器出口的制冷剂过热度固定。因此，与使用必须具有制冷剂压力检测机构和制冷剂温度检测机构的电子膨胀阀的系统相比，可简化结构，并降低成本。但是，本发明中，作为带开闭阀功能的第1减压机构12和第2减压机构16，也可使用电子膨胀阀取代带电磁阀的温度式自动膨胀阀50，并不排除电子膨胀阀的使用。
上述热泵式汽车空调系统1中，在制冷模式时，经电动压缩机9压缩的制冷剂如实线箭头所示，在制冷用制冷剂回路(制冷循环)14内进行循环，其依次流经三通切换阀15、作为冷凝器发挥功能的车外热交换器10、储液罐11、带开闭阀功能的第1减压机构12、以及车内蒸发器6，并再次返回电动压缩机9。另一方面，在制暖模式时，经过电动压缩机9压缩的制冷剂如虚线箭头所示，在制暖用制冷剂回路(制暖循环)20内进行循环，其依次流经三通切换阀15、车内冷凝器7、储液罐11、具有带开闭阀功能的第2减压机构16的第1回路17、作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10、以及具有电磁阀18的第2回路19，并再次返回电动压缩机9。
此处，如果在外部空气温度较低的结霜条件下，继续制暖运行，则会在作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10上结霜，如果霜层继续成长，使车外热交换器10全面冻结，则与外部空气的热交换会受到阻碍，导致不能制暖。但是，即使车外热交换器10结霜，也可通过延迟其成长来稳定地继续制暖运行。因此，本实施方式中，为了在制暖模式时延迟车外热交换器10的结霜的进行，采用了以下结构。
也就是说，第1减压机构12和第2减压机构16为带开闭阀功能的图3所示的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50，因此在制冷剂如虚线箭头所示进行流通的制暖模式时，当例如车外热交换器10的出口制冷剂温度降低至设定温度以下，可能在车外热交换器10上结霜时，关闭承担第2减压机构16的开闭阀功能的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51，并打开承担第1减压机构12的开闭阀功能的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51，则会使制冷剂流至车内蒸发器6侧。从而，使车内蒸发器6作为蒸发器发挥功能，并继续制暖运行。因此，能够降低车外热交换器10的吸热能力，并抑制结霜的进程。
此时，车内蒸发器6会发挥作用变为除湿制暖运行，经车内冷凝器7加热后吹出的空调风的温度有时不能维持设定温度。因此，其构成为，例如检测来自车内蒸发器6的吹出空气或其散热片温度，当该温度为设定值以下时，会关闭第1减压机构12的开闭阀功能(带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51)，并打开第2减压机构16的开闭阀功能(带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51)，使制冷剂流至车外热交换器10侧。通过重复该动作，能够延迟结霜并将温度变动幅度控制在固定的范围内，并且稳定地继续制暖运行。
进而，本实施方式中，可使车内冷凝器8和车内蒸发器7同时发挥作用，以除湿制暖模式进行运转。也就是说，第1减压机构12和第2减压机构16为带开闭阀功能的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50。因此，能够将制冷剂回路切换为制暖用制冷剂回路(制暖循环)20，使从电动压缩机9排出的制冷剂如虚线箭头所示在制暖循环20内循环，依次流经三通切换阀15、车内冷凝器8、储液罐11、带开闭阀功能的第2减压机构16、车外热交换器10、以及电磁阀19，然后返回电动压缩机9，同时打开第1减压机构12的开闭阀功能，使该制冷剂的一部分循环至车内蒸发器6。
因此，可将经车内蒸发器6冷却、除湿的空气利用车内冷凝器7加热后，吹出至车厢内，并进行除湿制暖运行。此时，仅利用车内冷凝器7加热经车内蒸发器6冷却、除湿后的空气时，不能确保温度线性特性，即使吹出至车厢内的空气的温度随着设定温度的变化而变化。本实施方式中，在该除湿制暖模式时，将制冷剂流至作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10和车内蒸发器6，并用两个蒸发器进行运转。同时，检测例如从车内蒸发器6吹出的空气或其散热片温度，相应其温度，对第1减压机构12的开闭阀功能进行开闭控制，调整车内蒸发器6的冷却量。因此，也能够确保温度线性特性。
根据如上所述的结构，通过本实施方式可实现以下作用效果。
首先，在制冷模式时，经过电动压缩机9压缩的制冷剂如图4所示，从排出配管13A经过三通切换阀15，导入至作为冷凝器发挥功能的车外热交换器10，从而与由风扇21通风的外部空气进行热交换，实施凝缩液化。由于构成第2减压机构16的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51为关闭，所以该液制冷剂经过止回阀23导入至储液罐11，暂时贮留后，经过出口制冷剂配管13D导入至第1减压机构12，经过减压成为气液二相状态，并供应至车内蒸发器6。
与从鼓风机4送来的内部空气或外部空气进行热交换后经车内蒸发器6蒸发的制冷剂经过吸入配管13E，吸入至电动压缩机9，并被再次压缩。然后，重复同样的循环。该制冷循环14与用于发动机驱动式车辆中的现行系统的制冷循环并无区别，可直接共用。在通过车内蒸发器6的过程中与制冷剂进行热交换而得以冷却后，内部空气或外部空气吹出至车厢内，用来在车厢内进行制冷。
此外，如图5所示，制暖模式时经电动压缩机9压缩的制冷剂从排出配管13A经过三通切换阀15、制冷剂配管13B导入至车内冷凝器7，并与从鼓风机4送来的内部空气或外部空气进行热交换。通过该热交换得以加热的空气吹出至车厢内，用来向车厢内供暖。并且，在车内冷凝器7内被散热并凝缩液化的制冷剂经过制冷剂配管13C、止回阀22导入至储液罐11内，在暂时贮留后，关闭构成第1减压机构12的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51，因此制冷剂经过出口制冷剂配管13D、第1回路17导入至第2减压机构16，在此减压成为气液二相状态，供应至车外热交换器10。
此时，在连接车外热交换器10与储液罐11之间的制冷剂配管13内，制冷剂相对于止回阀23为顺方向，但由于制冷剂配管13内为低压，储液罐11内为高压，所以止回阀23会因其压力差维持关闭状态，并且制冷剂不会从车外热交换器10侧经过制冷剂配管13流向储液罐11。因此，供应至车外热交换器10的制冷剂会通过作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10与由风扇21通风的外部空气进行热交换，从外部空气吸热并蒸发后，经过具有电磁阀18的第2回路19、吸入配管13E，吸入至电动压缩机9，被再次压缩。然后重复同样的循环，通过该制暖循环20，能够以外部空气为热源，进行热泵制暖。
另一方面，制暖运行模式时、根据外部空气条件，有时会在作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10上结霜，并冻结车外热交换器10，此时，必须将霜溶化。本实施方式中，通过将制暖循环20切换为图4所示的制冷循环14来形成除霜模式，通过将从电动压缩机9排出的热气直接导入至车外蒸发器10，利用该热气加热车外热交换器10，能够实现有效除霜。因此，即使是0℃以下外部空气温度较低时，也可不受该温度影响地进行除霜。
但是，本实施方式中，在以制暖模式运转时，外部空气温度会降低，达到车外热交换器10产生结霜的条件时，例如检测车外热交换器10的出口制冷剂温度，该温度为设定温度以下时，能够如图6所示，切换为延迟结霜模式，延迟车外热交换器10的结霜或其进程。该延迟结霜模式通过一边维持制暖循环20，一边交替开闭构成第1减压机构12和第2减压机构16的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51，并使制冷剂流至车内蒸发器6，从而减少制冷剂至车外热交换器10的循环量，降低车外热交换器10的吸热能力。因此，能够抑制车外热交换器10的结霜或其进程。
另外，延迟结霜模式下，车外热交换器10的出口制冷剂温度为设定温度以下时，会关闭第2减压机构16的开闭阀功能，打开第1减压机构12的开闭阀功能，使制冷剂流至车内蒸发器6，抑制车外热交换器10的结霜。但是，如果继续保持该运转模式，则会因车内蒸发器6的蒸发作用使空气冷却，并使经车内冷凝器7加热后吹出至车厢内的空气的温度降低。因此，例如检测来自车内蒸发器6的吹出空气或其散热片温度，当其为设定值以下时，会关闭第1减压机构12的开闭阀功能，打开第2减压机构16的开闭阀功能，再次使制冷剂流至车外热交换器10。通过重复该动作，可抑制结霜的进行并抑制吹出至车厢内的吹出风的温度变动幅度，避免给乘客带来不适。
进而，本实施方式中，不仅是制暖模式下的运转，还可利用第1减压机构12的开闭阀功能，在除湿制暖模式进行运转。如图7所示，该除湿制暖模式通过维持制暖模式时的制暖循环20，并打开/关闭构成第1减压机构12的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51，使制冷剂并行流至车内蒸发器6，从而利用车内冷凝器7加热经车内蒸发器6冷却、除湿后的空气并将其吹出至车厢内，进行除湿制暖运行。
此时，仅利用车内冷凝器7加热经车内蒸发器6冷却、除湿后的空气时，不能确保温度线性特性，即使吹出至车厢内的空气的温度随着设定温度的变化而变化，但通过例如检测自车内蒸发器6吹出的空气或其散热片温度，并相应该温度对构成第1减压机构12的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50的电磁阀51进行开闭控制，调节车内蒸发器6的冷却量，从而能够确保温度线性特性。
如此，根据本实施方式，采用3片热交换器作为热泵式空调系统1，其对于与现行系统的制冷用制冷剂回路大致等同的制冷用制冷剂回路14，追加了设置在HVAC单元2内的车内冷凝器7、具有第2减压机构16的第1回路17以及具有电磁阀18的第2回路19。此外，通过在制冷模式时使车内蒸发器6和车外热交换器10(作为冷凝器发挥功能)这2片热交换器发挥功能，并且在制暖模式时，使车内冷凝器7和车外热交换器10(作为蒸发器发挥功能)这2片热交换器发挥功能，从而能够在进行制冷运行和制暖运行时不会产生散热损失和再热损失。
因此，能够相应电动压缩机9的作功量，以最大极限的能力有效地进行制冷运行和制暖运行，提高其能力，并且采用使用3片热交换器6、7、10构成的热泵式系统1，能够实现结构的简单化、体积小型化、以及低成本化。此外，制暖模式时，在作为蒸发器发挥功能的车外热交换器10结霜时，可切换为制冷用回路14，将热气直接导入车外热交换器10有效地进行除霜，因此能够缩短除霜时间，并且扩大可除霜的外部空气温度范围。
此外，上述系统1中，储液罐11为分别在制冷剂流入口装配有止回阀的带止回阀的储液罐11。因此，通过装配在储液罐11的制冷剂流入口37、38的止回阀22、23断开根据运转方式无需使用的制冷用或制暖用制冷剂回路14、20，不论制冷剂是从储液罐11向这些回路14、20倒流还是按照止回阀的方向顺流，在前后出现压力差时，都可阻止其流动。因此，能够防止制冷剂流入不使用的制冷剂回路14、20，并且与将储液罐11和止回阀22、23单独设置在制冷剂回路3中时相比，能够减少凸缘等连接用部件，简化制冷剂回路3，实现低成本化。
此外，第1减压机构12和第2减压机构16为带开闭阀功能的减压机构。因此，通过将运转方式设为制暖模式进行运转，同时使用第1减压机构12的开闭阀功能，对其进行开闭控制，将部分制冷剂流至车内蒸发器6，并在此对空气进行冷却除湿，从而能够以除湿制暖模式进行运转。此时，通过打开/关闭开闭阀功能改变来自车内蒸发器6的吹出温度，能够在除湿制暖模式时确保温度线性特性(对于设定温度的追随性)。
同样地，制暖模式时，在车外热交换器10结霜的条件下，采用延迟结霜模式，对第1减压机构12和第2减压机构16的开闭阀功能交替进行开闭控制，使部分制冷剂经过第1减压机构12循环至车内蒸发器6，减少制冷剂至车外热交换器10的循环量。因此，能够延迟车外热交换器10的结霜及其进程，并且抑制吹出空气温度的变动，稳定地继续进行制暖运行。因此，能够改善热泵式汽车空调系统1的制暖性能。
并且，第1减压机构12和第2减压机构16采用了带电磁阀的温度式自动膨胀阀50或电子膨胀阀，第1减压机构12和第2减压机构16为带电磁阀的温度式自动膨胀阀50时，可通过打开/关闭电磁阀51来流通或断开制冷剂，当电磁阀51为打开时，可通过温度式自动膨胀阀52分别将车外热交换器10的出口或车内蒸发器6的出口的制冷剂过热度控制为固定值。此外，采用电子膨胀阀时，能够通过电子膨胀阀的全闭、全开功能来流通或断开制冷剂，通过该开度调整功能，能够控制车外热交换器10的出口或车内蒸发器6的出口的制冷剂过热度。
因此，能够相应运转方式，使用该开闭阀功能切换使用第1减压机构12和第2减压机构16，并且能够在制暖模式和除湿制暖模式时，并用车外热交换器10和车内蒸发器6进行运转。
另外，在本发明的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50中，除了使电磁阀51和温度式自动膨胀阀52形成一体，还包含将独立的电磁阀与温度式自动膨胀阀串联连接而成的方式，本发明中，将在这些阀门上加入带有上述功能的电子膨胀阀的机构，称为带开闭阀功能的减压机构12、16。
并且，在本实施方式中，在除湿制暖模式时，相应来自车内蒸发器6的吹出空气或其散热片温度，对第1减压机构12的开闭阀功能进行开闭控制，使制冷剂流通至车内蒸发器6或使其断开。因此，将经车内蒸发器6冷却、除湿后的空气利用配设在其下游侧的车内冷凝器7进行加热来实施除湿制暖时，仅直接利用车内冷凝器加热并吹出经车内蒸发器6冷却、除湿后的空气时，不能确保温度线性特性，但通过相应来自车内蒸发器6的吹出空气或其散热片温度，使制冷剂流通至车内蒸发器6或使其断开，改变车内蒸发器6的冷却量，能够使吹出空气的温度发生变化。因此，在除湿制暖模式时，也能够切实地确保温度线性特性。
此外，制暖模式时，在车外蒸发器10的结霜条件下，通过相应车外热交换器10的出口制冷剂温度和来自车内蒸发器6的吹出空气或其散热片温度，对第1减压机构12和第2减压机构16的开闭阀功能进行开闭控制，交替地使制冷剂流通至车外热交换器10和车内蒸发器6或使其断开，减少制冷剂至车外热交换器10的循环量，能够延迟车外蒸发器10的结霜的进程。另一方面，能够抑制因车内蒸发器6的冷却而降低吹出空气温度，并且通过重复该动作，能够将温度变动幅度控制在固定范围内进行运转。因此，制暖时，能够延迟车外蒸发器10的结霜及其进程，并且抑制吹出空气温度的变动，稳定地继续制暖运行。
第2实施方式
以下，使用图8至图12对本发明的第2实施方式进行说明。
本实施方式中，第2减压机构16A带有止回阀这点不同于上述第1实施方式。其他方面与第1实施方式相同，因此省略说明。
上述第1实施方式中，通过将第2减压机构16设为带电磁阀的温度式自动膨胀阀50来获得开闭阀功能，但本实施方式中，其构成为，对设置在制暖用第1回路17上的第2减压机构16A采用在图3所示的带电磁阀的温度式自动膨胀阀50中除去电磁阀51仅剩温度式自动膨胀阀52的温度式自动膨胀阀，并且在该车外蒸发器10侧设有止回阀24，该止回阀24仅允许制冷剂从储液罐11的出口侧流向车外热交换器10侧。
如此，通过构成为，对设置在第1回路17上的第2减压机构16A采用不具有开闭阀功能的温度式自动膨胀阀52，并且在该车外蒸发器10侧设置止回阀24，也能够如图9至图12所示，与第1实施方式同样地分别以图9所示的制冷模式(除霜模式)、图10所示的制暖模式、图11所示的延迟结霜模式、以及图12所示的除湿制暖模式进行运转。
此时，在图9所示的制冷模式时和除霜模式时，第1回路17内的制冷剂相对于止回阀24为顺方向，但止回阀24的车外蒸发器10侧为高压，第2减压机构16A侧为低压，因此止回阀24会因其压力差维持关闭状态，制冷剂不会从储液罐11的出口侧经过第1回路17流至车外热交换器10侧。
如此，在本实施方式中，通过将运转方式设为制暖模式进行运转，同时使用第1减压机构12(带电磁阀的温度式自动膨胀阀50)的开闭阀功能，对其进行开闭控制，将部分制冷剂流至车内蒸发器6，并在此对空气进行冷却除湿，从而也能够以除湿制暖模式进行运转。此时，通过打开/关闭开闭阀功能改变来自车内蒸发器6的空气的吹出温度，也能够在除湿制暖模式时确保温度线性特性(对于设定温度的追随性)。
此外，制暖模式时，在外部空气温度较低的车外热交换器10结霜的条件下，采用延迟结霜模式，对第1减压机构12的开闭阀功能和第2回路19的电磁阀18交替进行开闭控制，使部分制冷剂经过第1减压机构12循环至车内蒸发器6，减少制冷剂至车外热交换器10的循环量。如此，能够延迟车外热交换器10的结霜及其进程，并且抑制吹出空气温度的变动，稳定地继续进行制暖运行。因此，能够改善热泵式汽车空调系统1的制暖性能。
另外，本发明并不仅限于上述实施方式所述的发明，在不脱离其主旨范围内，可适宜变形。例如，上述实施方式中，作为制冷剂切换机构采用了三通切换阀15，但当然也可使用2个电磁阀或四通切换阀进行替代。
附图标记说明
1热泵式汽车空调系统
2HVAC单元
3制冷剂回路
6车内蒸发器
7车内冷凝器
9电动压缩机
10车外热交换器
11储液罐(带止回阀的储液罐)
12带开闭阀功能的第1减压机构
13A排出配管(排出回路)
13E吸入配管(吸入回路)
14制冷用制冷剂回路(制冷循环)
15三通切换阀(切换机构)
16带开闭阀功能的第2减压机构
16A第2减压机构(温度式自动膨胀阀)
17第1回路
18电磁阀
19第2回路
20制暖用制冷剂回路(制暖循环)
22、23止回阀
24止回阀
37、38制冷剂流入口
50带电磁阀的温度式自动膨胀阀
51电磁阀
52温度式自动膨胀阀

Claims (7)

1.一种热泵式汽车空调系统，其特征在于，具有：制冷用制冷剂回路，其依次连接有电动压缩机、车外热交换器、储液罐、第1减压机构、以及设置在HVAC单元内的车内蒸发器；
车内冷凝器，其配设在所述HVAC单元内的所述车内蒸发器的下游侧，并且制冷剂入口经由切换机构连接至所述电动压缩机的排出回路，同时制冷剂出口连接至所述储液罐；
第1回路，其具有连接在所述储液罐的出口侧与所述车外热交换器的一端侧之间的第2减压机构；以及
第2回路，其具有连接在所述车外热交换器的另一端侧与所述电动压缩机的吸入回路之间且在制暖时打开的电磁阀，
通过依次连接所述电动压缩机、所述切换机构、所述车内冷凝器、所述储液罐、具有所述第2减压机构的所述第1回路、所述车外热交换器、以及具有所述电磁阀的所述第2回路，可构成制暖用制冷剂回路，
制暖模式时，在所述车外热交换器结霜时，通过将所述制暖用制冷剂回路切换为所述制冷用制冷剂回路，将来自所述电动压缩机的热气直接导入至所述车外热交换器，从而可实施除霜。
2.根据权利要求1所述的热泵式汽车空调系统，其特征在于，所述储液罐为带止回阀的储液罐，其分别在来自连接于所述储液罐的所述车外热交换器和所述车内冷凝器的制冷剂回路的制冷剂流入口装配着止回阀。
3.根据权利要求1或2所述的热泵式汽车空调系统，其特征在于，所述第1减压机构和所述第2减压机构为带开闭阀功能的减压机构，通过使用所述开闭阀功能，能够在制暖模式时和除湿制暖模式时，将所述车外热交换器和所述车内蒸发器作为蒸发器进行并用。
4.根据权利要求3所述的热泵式汽车空调系统，其特征在于，所述第1减压机构和第2减压机构为带电磁阀的温度式自动膨胀阀或电子膨胀阀。
5.根据权利要求1或2所述的热泵式汽车空调系统，其特征在于，所述第1减压机构为带开闭阀功能的减压机构，并且在设有所述第2减压机构的所述第1回路上，作为开闭阀功能的替代机构，设有仅允许制冷剂从所述储液罐的出口侧流向所述车外热交换器侧的止回阀，通过使用所述第1减压机构的开闭阀功能和所述第2回路的所述电磁阀，能够在制暖模式时和除湿制暖模式时，将所述车外热交换器和所述车内蒸发器作为蒸发器进行并用。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的热泵式汽车空调系统，其特征在于，构成为，在除湿制暖模式时，相应来自所述车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，对所述第1减压机构的开闭阀功能进行开闭控制，使制冷剂流通至所述车内蒸发器或使其断开。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的热泵式汽车空调系统，其特征在于，构成为，在制暖模式时，相应所述车外热交换器的出口制冷剂温度和来自所述车内蒸发器的吹出空气或其散热片温度，对所述第1减压机构的开闭阀功能和所述第2减压机构的开闭阀功能或所述第2回路的电磁阀交替进行开闭控制，交替地使制冷剂流通至所述车外热交换器和所述车内蒸发器或使其断开。
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