JP2005263200A - 車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 車両搭載の発熱機器10側の第1温水回路11と、車室内吹出空気を加熱
する温水式ヒータコア12を含む第2温水回路13とを備え、暖房モード時に第1温水回
路11の冷却水温度TW1が第2温水回路13の冷却水温度TW2より低いときは、開閉
弁26を閉弁、開閉弁23を開弁して、両温水回路11、13の間を切り離した状態とす
る。一方、第1温水回路11の冷却水温度TW1が第2温水回路13の冷却水温度TW2
より高くなると、開閉弁26を開弁、開閉弁23を閉弁して、両温水回路11、13の間
を接続状態にする。
【選択図】 図1
Description
する温水式ヒータコアを備える車両用空調装置において、車両エンジンの暖機完了前にお
ける車室内暖房性能を向上するための温水回路構成が提案されている。
パス管を設けるとともに、この温水導入管および温水導出管のうち、バイパス管の接続部
位よりエンジン側の部位にそれぞれ開閉弁を設けている。
コアとバイパス管とにより局所的な閉回路を形成する。この局所的な閉回路には電気ヒー
タを用いた温水加熱器と電動ポンプとを設けておく。
動ポンプを作動させ、かつ、電気ヒータに通電して局所的な閉回路内の水を電気ヒータに
より加熱する。この際、電気ヒータは、局所的な閉回路内の少量の水だけを加熱すればよ
いので、水の昇温速度を高めて、車両エンジンの暖機完了前における車室内暖房性能を向
上できるというものである。
体が非常に大きいので、電気ヒータにより水を所定温度に加熱するのに時間がかかり、車
室内暖房の即効性が不十分である。
熱交換器、および高圧冷媒により車室内吹出空気を加熱する室内熱交換器を冷凍サイクル
に備え、更に、車両搭載の熱源機器の冷却水が流入する温水式ヒータコアによっても、車
室内吹出空気を加熱できるようにした車両用空調装置において、車室内暖房性能の即効性
を向上することを目的とする。
池、電気自動車の走行用モータ、ハイブリッド車の走行用エンジン等のように、車両に搭
載され冷却水により冷却される発熱機器を言う。
含み、前記発熱機器(10)を冷却する冷却水が流れる第1温水回路(11)と、
車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコア(12)を含み、前記温水式ヒータコア(
12)を通過して冷却水が流れる第2温水回路(13)と、
前記第1温水回路(11)と前記第2温水回路(13)との間を切り離した状態と、前
記第1温水回路(11)と前記第2温水回路(13)との間を接続した状態とに切り替え
る弁手段(23、26)と、
冷凍サイクル(R)の圧縮機吐出側に設けられ、前記圧縮機吐出側の高圧冷媒の放熱に
より前記第2温水回路(13)の冷却水を加熱する水冷媒熱交換器(20)と、
前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)と前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)とを比較して前記弁手段(23、26)を制御する第1制御手段(S330〜S360)とを備え、
前記第1制御手段(S330〜S360)は、前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)が前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)より低いときに、前記弁手段(23、26)を前記切り離し状態に制御し、前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)が前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)より高くなると、前記弁手段(23、26)を前記接続状態に制御することを特徴としている。
(S330〜S360)は、発熱機器(10)の暖機を必要とする所定の低温度を判定温
度として設定しており、第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)が前記所定の低温
度より低いときは、弁手段(23、26)を強制的に前記接続状態に制御することを特徴
とする。
の冷却水温度(TW2)より低くても、発熱機器(10)側の第1温水回路(11)の冷
却水温度(TW1)が所定の低温度より低いときは、第1温水回路(11)と第2温水回
路(13)との間を必ず接続状態に設定できる。
器(10)の廃熱と水冷媒熱交換器(20)での高圧冷媒の放熱とにより加熱されるので
、発熱機器(10)側の冷却水温度(TW1)の上昇を早めて、発熱機器(10)の低温
起動時における暖機を促進できる。
さいから、冷凍サイクルRの始動後、室内熱交換器(31)の温度は急速に上昇させるこ
とができる。そのため、冷凍サイクル始動後に、室内熱交換器(31)によって車室内吹
出空気を直ちに加熱し、車室内吹出空気の温度を上昇できる。その結果、車載発熱機器(10)の始動初期における暖房即効性を一層向上できる。
車室内吹出空気の通路には、温水式ヒータコア(12)のバイパス通路(39a、39b)、および温水式ヒータコア(12)の通風路と前記バイパス通路(39a、39b)を開閉するドア手段(40a、40b)が配置され、
更に、前記室内熱交換器(31)通過後の空気温度(TE)と前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)とを比較して前記ドア手段(40a、40b)を制御する第2制御手段(S300〜S320)を備え、
前記第2制御手段(S300〜S320)は、前記暖房モード時に前記室内熱交換器(31)通過後の空気温度(TE)が前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)より高いときは前記ドア手段(40a、40b)を前記温水式ヒータコア(12)の通風路の全閉位置に制御し、前記室内熱交換器(31)通過後の空気温度(TE)より前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)が高くなると前記ドア手段(40a、40b)を前記温水式ヒータコア(12)の通風路の開口位置に制御することを特徴とする。
)直後の吹出空気温度TEより低いときはドア手段(40a、40b)により温水式ヒー
タコア(12)の通風路を全閉するから、室内熱交換器(31)によって加熱された空気
の熱量が温水式ヒータコア(12)にて低温の冷却水に吸熱されるという不具合を防止で
きる。従って、室内熱交換器(31)により加熱した空気を有効活用して、車室内を効果
的に即効暖房できる。
ることによって、第2温水回路(13)側の冷却水が温水式ヒータコア(12)にて空気
側へ放熱することを防止して、第2温水回路(13)側の冷却水の温度上昇をより一層促
進できる。このことは温水式ヒータコア(12)による暖房作用の立ち上がりを早めて暖
房即効性を向上させる。
暖房モード時には前記冷凍サイクル(R)の低圧冷媒が前記室内熱交換器(31)をバイパスして流れることを特徴とする。
前記冷凍サイクル(R)は、前記暖房モードと、前記冷房モードと、前記室内熱交換器(31)を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、前記室内熱交換器(31)の冷却空気を前記温水式ヒータコア(12)にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする。
係を示すものである。
図1は本実施形態による冷凍サイクルR、温水回路および室内空調ユニット部を含む全
体システム構成図である。本実施形態では、車両走行用モータ(図示せず)に供給される
電力を発生する燃料電池(FCスタック)10を有する燃料電池搭載車に本発明装置を適
用した例を示している。
ものであって、燃料電池10の発電時には電気エネルギと共に熱が発生する。燃料電池1
0で効率よく発電するためには、燃料電池10を冷却して適切な温度域(例えば、60〜
80℃付近)に維持する必要がある。そのため、本実施形態では、燃料電池10を冷却水
が循環する温水(冷却水)回路に設けて冷却水により冷却するようになっている。
を効率のよい適切な温度域に素早く昇温できるようにしている。
式ヒータコア12側の第2温水回路13とにより構成される。
モスタット16と、ラジエータバイパス通路17とから構成される。サ−モスタット16
は、周知のごとくサ−モワックスの温度による体積変化を利用してラジエータ15側の通
路を開閉するものである。ラジエータバイパス通路17は圧損の高い絞り通路からなり、
常時開口している。
1温水回路11の冷却水はラジエータバイパス通路17を通過して流れる。これに対し、
冷却水が所定温度(例えば、80℃付近)以上に上昇すると、サ−モスタット16がラジ
エータ15側の通路を開口する。ラジエータ15側の通路はラジエータバイパス通路17
に比較して圧損が大幅に低いので、第1温水回路11の冷却水のほとんどはラジエータ1
5側の通路を通過して流れる。これにより、冷却水がラジエータ15にて冷却される。
動冷却ファン19によって送風される冷却空気(室外空気)aに放熱する。
媒熱交換器20と、電動水ポンプ21と、燃料電池バイパス通路22とにより構成され、
燃料電池バイパス通路22には電気的に開閉制御される開閉弁23が設けてある。
る。燃料電池10の冷却水出口側に位置する連通路24には電気的に開閉制御される開閉
弁26が設けてある。
動圧縮機27、冷媒流れ切替弁をなす四方弁28、第1減圧器29、第2減圧器30、室
内熱交換器31、内部熱交換器32、およびアキュムレータ33等が備えられ、これらの
機器から冷凍サイクルRが構成されている。
7としてインバータ制御にて回転数を連続的に制御可能なものを採用している。なお、本
実施形態では冷凍サイクルRの冷媒として二酸化炭素(CO2)を使用している。この二
酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクルでは、サイクル高圧圧力(圧縮機吐出圧力)
が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界サイクルとなる。
温水回路13の冷却水が流れる冷却水通路20bとを有し、圧縮機吐出冷媒と冷却水との
間で対向流の熱交換を行うものである。
き矢印方向と斜線矢印方向とに切り替える切替弁である。なお、図1において、白抜き矢
印は後述の冷房モード時および低吹出温度の第1除湿モード時の冷媒流れを示し、斜線矢
印は後述の暖房モード時および高吹出温度の第2除湿モード時の冷媒流れを示す。
な可変絞り手段であって、本実施形態では第1減圧器29および第2減圧器30を電気膨
張弁により構成している。この電気膨張弁は、電気式のアクチュエータにより圧力損失が
殆ど発生しない全開状態から冷媒を減圧膨脹させる所定開度まで連続的に絞り開度を変化
させることができるようになっている。
第1除湿モード時に、高圧冷媒が流れる高圧冷媒通路32aと、電動圧縮機27吸入側の
低圧冷媒(吸入冷媒)が流れる低圧冷媒通路32bとを有し、この高圧冷媒と低圧冷媒と
の間で対向流の熱交換を行うものである。
剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を電動圧縮機27の吸入側に供給する
ものである。
ット部35は車室内前部に位置する車両計器盤(図示せず)の内側部に配置される。室内
空調ユニット部35は車室内へ向かって空気が流れる空調ケーシング36を有し、空調ケ
ーシング36の空気流れ最上流側の部位には、空調ケーシング36内に導入する空気を内
気(車室内空気)と外気(車室外空気)とに切り替える内外気切替ドア37が配置されて
いる。この内外気切替ドア37はモータを用いた電気式アクチュエータ37aにより開閉
される。
空気を送り込むようになっている。室内送風機38はモータ38aにより駆動される電動
送風機である。
室内熱交換器31によって室内送風機38の送風空気が加熱または冷却される。前記した
温水式ヒータコア12は冷却水を熱源として車室内吹出空気を加熱するものであって、室
内熱交換器31の空気流れ下流側において空調ケーシング36内の通路の中央部に配置さ
れている。
いる。このバイパス通路39a、39bにエアミックスドア40a、40bが連動して回
転可能に配置される。このエアミックスドア40a、40bは温水式ヒータコア12の通
風路(コア面)とバイパス通路39a、39bを開閉するドア手段であって、モータを用
いた電気式アクチュエータ40cにより回転操作される。
の空気流れとバイパス通路39a、39bへの空気流れを切り替える役割を果たすが、そ
の他に、暖房モードや除湿モード時の後述する特定条件下では、室内熱交換器31を通過
した空気のうち温水式ヒータコア12を通過して加熱される温風と温水式ヒータコア12
をバイパスして流れる冷風との風量割合を調節することにより、車室内に吹き出す空気の
温度を調節する役割も果たす。
下流側の部位には車室内へ空調空気を吹き出す複数の吹出開口部(図示せず)が設けられ
る。この複数の吹出開口部としては、空調空気を車両前面ガラス内面に向けて吹き出すた
めのデフロスタ開口部、空調空気を乗員の上半身に向けて吹き出すためのフェイス開口部
、および空調空気を乗員の足元部に向けて吹き出すためのフット開口部が設けられ、図示
しない吹出モードドアにより開閉される。
水回路11のうち燃料電池10の冷却水出口部に、燃料電池10の出口冷却水温度を検出
する第1水温センサ41が設けられている。また、第2温水回路13のうち温水式ヒータ
コア12の冷却水入口部に温水式ヒータコア12の入口冷却水温度を検出する第2水温セ
ンサ42が設けられている。
媒吐出圧力センサ43および冷媒吐出温度を検出する冷媒吐出温度センサ44が設けられ
ている。水冷媒熱交換器20の高圧冷媒通路20aの出口部には出口冷媒温度を検出する
出口冷媒温度センサ45が設けられている。第1減圧器29の出口部には第1減圧器29
により減圧された後の冷媒圧力、すなわち、冷媒中間圧力を検出する冷媒中間圧力センサ
46が設けられている。
18の冷媒出口部となる部位に、室外熱交換器18の出口冷媒温度を検出する出口冷媒温
度センサ47が設けられている。暖房モード時および高吹出温度の第2除湿モード時の冷
媒流れにおいて、室内熱交換器31の冷媒出口部となる部位に、室内熱交換器31の出口
冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサ48が設けられている。
熱交換器31の吹出空気温度を検出する熱交換器吹出空気温度センサ49が設けられてい
る。また温水式ヒータコア12の空気流れ下流部には、車室内への吹出空気温度を検出す
る車室内吹出空気温度センサ50が設けられている。
射センサ52、および車室内湿度を検出する湿度センサ53が設けられている。一方、車
室外、具体的には、室外熱交換器18の空気流れ上流部付近に外気温を検出する外気温セ
ンサ54が設けられている。
調制御装置55は周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、R
OM内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づい
て各種演算、処理を行う。空調制御装置55の入力側には上記センサ群41〜54からの
センサ検出信号および空調パネル56の各種操作部材56aからの操作信号が入力される。
あって、空調パネル56の各種操作部材56aとしては、車室内の希望温度(設定温度)
を設定する温度設定部材、内外気切替ドア37による内気モードと外気モードをマニュア
ル設定する信号を出す内外気切替部材、室内送風機38の送風量をマニュアル設定する信
号を出す風量切替部材、車室内へ吹き出す空気の吹出モードをマニュアル設定する信号を
出す吹出モード切替部材、空調自動制御の指令信号を出すオートスイッチ、室内熱交換器
31の冷却モード指令信号を出す冷却モードスイッチ等が設けられる。
れる。この制御対象の各種空調機器のうち、符号57は、図1に図示されていない吹出モ
ードドアを駆動する電気式アクチュエータを示す。
クロコンピュータにより実行される制御の概要を示すフローチャートであり、図3の制御
ルーチンは、空調パネル56の各種操作部材56aのうちオートスイッチの投入によって
スタートし、先ず、ステップS100にて、センサ群41〜54からのセンサ検出信号お
よび空調パネル56の各種操作部材56aからの操作信号等を読み込む。
、目標吹出温度TAOは、車室内空調熱負荷の変動にかかわらず、車室内温度(内気温度
)を空調パネル56の温度設定部材により設定された設定温度に維持するために必要な温
度であって、周知のごとく内気温センサ51により検出される内気温、外気温センサ54
により検出される外気温、日射センサ52により検出される日射量、および温度設定部材
により設定された設定温度等に基づいて算出する。
温TWOを上記TAOに基づいて算出する。具体例を述べると、TWO=TAO/φの式
にて算出する。ここで、φは温水式ヒータコア12の熱交換器温度効率であるから、TW
OはTAOより所定温度高い温度となる。
判定する。ここで、冷却モードスイッチは室内熱交換器31の冷却モード指令信号を出す
ものであり、ステップS130の判定がYESのときはステップS140に進み、温度セ
ンサ42により検出される冷却水温度(温水式ヒータコア12の入口側冷却水温度)TW
2が上記目標水温TWO以上であるか判定する。
TWOも外気温より低い温度である。それ故、冷房が必要な条件下ではステップS140
の判定がYESとなり、ステップS150にて冷凍サイクル運転モードとして冷房モード
を決定し、冷房モードを実行する。
54により検出される外気温TAMが所定温度a(例えば5℃)以上であるか判定する。
このステップS160の判定は外気温TAMに基づいて暖房負荷の高低を判定するもので
あって、ステップS160の判定がYESのときは暖房負荷が低いときであるので、ステ
ップS170に進み、冷凍サイクル運転モードとして第1除湿暖房モード、すなわち、車
室内吹出温度が低い除湿暖房モードを決定し、実行する。
プS180に進み、冷凍サイクル運転モードとして第2除湿暖房モード、すなわち、車室
内吹出温度が高い除湿暖房モードを決定し、実行する。
0の判定がNOとなり、ステップS190に進み、温水式ヒータコア12の入口側冷却水
温度TW2が目標水温TWO以上であるか判定する。
として暖房モードを決定し、実行する。また、ステップS190の判定がYESのときは
温水式ヒータコア12の温水熱源による空気加熱作用のみで車室内を設定温度に暖房でき
るので、冷凍サイクルの暖房モードの運転が不要となる。そこで、ステップS210にて
冷凍サイクルRの停止モードを決定し、冷凍サイクルRの運転(圧縮機27の運転)を停
止し、温水式ヒータコア12のみで必要暖房性能を発揮する。
動を説明する。
1.冷房モード(図3のS150)
冷房モード時では、空調制御装置55の制御出力により四方弁28の冷媒流路を図1の
太実線の状態に切り替えるので、冷凍サイクルRでは電動圧縮機27を作動させると、白
抜き矢印で示すように電動圧縮機27の吐出側→水冷媒熱交換器20→第1減圧器29→
四方弁28→室外熱交換器18→内部熱交換器32の高圧側冷媒流路32a→第2減圧器
30→室内熱交換器31→四方弁28→アキュムレータ33→内部熱交換器32の低圧側
冷媒流路32b→電動圧縮機27の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
交換器18は高圧側冷媒の放熱器として作用する。これに対し、第2減圧器30は後述の
所定絞り開度に制御され、高圧側冷媒を減圧するので、室内熱交換器31は低圧側の蒸発
器として作用する。
水へ放熱することで温度が低下する。水冷媒熱交換器20を通過した高圧冷媒は第1減圧
器29で減圧されることなく、高圧状態のまま通過して室外熱交換器18に流入する。こ
の室外熱交換器18では高圧冷媒が室外空気と熱交換して放熱することで更に温度が低下
する。
吸入冷媒)と熱交換して更に放熱し温度が低下する。しかる後、高圧冷媒は第2減圧器3
0にて減圧され、低温低圧の気液2相状態となる。
発するので、室内熱交換器31は室内送風機38の送風空気を冷却する冷却器(吸熱器)
として作用する。
コア面)を全閉する位置(図1の破線位置)に維持されるので、室内熱交換器31を通過
して冷却された冷風の全量がヒータコア12のバイパス通路39a、39bを通過して車
室内へ吹き出す。
すなわち、温度センサ49により検出される室内熱交換器31の吹出空気温度TEが目標
吹出温度TAOとなるように電動圧縮機27の能力制御(回転数制御)を行えばよい。
サ47により検出し、この室外熱交換器出口の高圧冷媒温度に基づいて冷凍サイクルRの
成績係数(COP)が最大となる目標高圧POを算出し、圧力センサ43により検出され
る圧縮機吐出圧力、すなわち実際の高圧圧力PHが目標高圧POとなるように第2減圧器
30の絞り開度を制御して、冷凍サイクルRの効率向上を図っている。
温水回路11、13間の開閉弁26を開弁し、第2温水回路13側の開閉弁23を閉弁す
る。これにより、第1温水回路11と第2温水回路13が1つの温水回路として接続され
た状態となるので、水ポンプ14、21を作動させることにより、燃料電池10の冷却水
が第1温水回路11と第2温水回路13の両方を循環する。
のサーモワックスにより設定される所定温度以上になると、サーモスタット16がラジエ
ータ15側の通路を開弁するので、冷却水がラジエータ15を通過して流れる。このため
、ラジエータ15にて冷却水が室外空気中に放熱して冷却される。ラジエータ15通過後
の冷却水は、第2温水回路13側の冷却水と合流して水ポンプ14に吸入され、燃料電池
10に戻り、燃料電池10を冷却する。
過して流入し、この流入冷却水は水ポンプ21を通過してヒータコア12に流入する。こ
こで、ヒータコア12の通風路はエアミックスドア40a、40bにより全閉されている
ので、冷却水はヒータコア12で放熱しない。
する際に、高温の圧縮機吐出冷媒から吸熱して温度上昇し、その後、ラジエータ15通過
後の冷却水と合流する。従って、冷房モード時には、冷凍サイクルRの圧縮機吐出冷媒の
熱量の一部が第1温水回路11のラジエータ15を通して室外空気中に放熱される。
交換器20において圧縮機吐出冷媒から冷却水側へ放熱される熱量によって冷却水温度の
立ち上がりを早めて、燃料電池10を効率のよい温度まで速やかに上昇させる。
2.暖房モード(図3のS200)
暖房モード時では、空調制御装置55の制御出力により四方弁28の冷媒流路を図1の
破線の状態に切り替えるので、冷凍サイクルRでは電動圧縮機27を作動させると、斜線
矢印で示すように電動圧縮機27の吐出側→水冷媒熱交換器20→第1減圧器29→四方
弁28→室内熱交換器31→第2減圧器30→内部熱交換器32の冷媒流路32a→室外
熱交換器18→四方弁28→アキュムレータ33→内部熱交換器32の冷媒流路32b→
電動圧縮機27の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
るので、圧縮機吐出冷媒が高圧状態のまま室内熱交換器31に流入する。従って、室内熱
交換器31が高圧側冷媒の放熱器として作用する。これに対し、第2減圧器30は後述の
所定絞り開度に制御され、高圧側冷媒を減圧するので、室外熱交換器18は低圧側冷媒の
吸熱器(蒸発器)として作用する。
媒熱交換器20にて冷却水へ放熱し、冷媒温度が低下する。水冷媒熱交換器20を通過し
た高圧冷媒は第1減圧器29で減圧されることなく、高圧状態のまま通過して室内熱交換
器31に流入する。
気)に放熱することで、送風空気が加熱される。この加熱空気を温水式ヒータコア12で
更に加熱して車室内へ吹き出し、車室内を暖房する。
テップS300にて、室内熱交換器31の吹出空気温度TE(センサ49の検出温度)と
ヒータコア12への流入冷却水温度TW2(センサ42の検出温度)とを比較し、吹出空
気温度TEが冷却水温度TW2より高いときはステップS310に進み、エアミックスド
ア40a、40bを温水式ヒータコア12の通風路全閉位置(図1の破線位置)に操作す
る。
a、39bを通過してそのまま車室内へ吹き出す。従って、室内熱交換器31の加熱空気
がヒータコア12の低温冷却水に吸熱され、温度低下するのを防止できる。
進み、エアミックスドア40a、40bを温水式ヒータコア12の通風路全開位置(図1
の実線位置)に操作する。これにより、室内熱交換器31で加熱された空気の全量を温水
式ヒータコア12で再度加熱して車室内吹出空気の温度を上昇させる。
WOである時に決定され、このような冷却水温度条件下では冷凍サイクルRを作動させ、
温水式ヒータコア12に流入する冷却水温度TW2(センサ42の検出温度)が目標水温
TWOとなるように、電動圧縮機27の能力制御(回転数制御)を行っている。そこで、
この場合はエアミックスドア40a、40bを温水式ヒータコア12の通風路全開位置(
図1の実線位置)に維持して、室内熱交換器31の加熱空気を温水式ヒータコア12で最
大限、再加熱して暖房性能を高める。
場合は、図3のステップS210により停止モードを決定し、冷凍サイクルRの作動を停
止するので、エアミックスドア40a、40bを所定開度位置に制御して冷風と温風の風
量割合を調節し、これにより、車室内吹出空気温度を目標温度TAOとなるように調節す
る。
の検出温度)と、第2温水回路13の冷却水温度TW2(センサ42の検出温度)とを比
較する。燃料電池10の始動時には、第1温水回路11の冷却水温度TW1と第2温水回
路13の冷却水温度TW2とが同等温度になっているので、ステップS330の判定がN
Oとなり、ステップS340に進み、開閉弁26を閉弁状態とし、開閉弁23を開弁状態
とする。これにより、第1温水回路11と第2温水回路13との間で冷却水が循環しない
状態、すなわち、両温水回路11、13の切り離し状態が設定される。
上昇する。一方、第2温水回路13では水冷媒熱交換器20における高圧冷媒の放熱によ
り冷却水が加熱され、水温が上昇する。
路11から切り離すことにより、水冷媒熱交換器20の放熱対象の冷却水量を第2温水回
路13内のみの少量にすることができる。この結果、水冷媒熱交換器20の放熱により第
2温水回路13内の冷却水温度を速やかに上昇できる。
11の冷却水温度TW1が上昇し、この冷却水温度TW1が第2温水回路13の冷却水温
度TW2より高くなると、ステップS330の判定がYESとなる。そのため、ステップ
S350に進み、開閉弁26を開弁状態とし、開閉弁23を閉弁状態とする。これにより
、第1温水回路11と第2温水回路13との間で冷却水が循環する状態、すなわち、両温
水回路11、13の接続状態が設定される。
料電池10の廃熱と水冷媒熱交換器20での高圧冷媒の放熱とにより加熱され、温水式ヒ
ータコア12にて冷却水が車室内吹出空気に放熱する。つまり、燃料電池10の廃熱をも
利用して車室内を暖房できる。
出温度)が目標水温TWOとなるように、電動圧縮機27の能力制御(回転数制御)を行
うが、上記した両温水回路11、13の接続状態では燃料電池10の廃熱による冷却水加
熱分があるので、水冷媒熱交換器20での高圧冷媒による冷却水加熱分は、必要とする目
標冷却水温度TWOに対する燃料電池廃熱による冷却水加熱の不足分だけでよい。
行う。すなわち、室内熱交換器31(高圧側放熱器)の出口冷媒温度を温度センサ48に
より検出し、この室内熱交換器31出口の高圧冷媒温度に基づいて冷凍サイクルRの成績
係数(COP)が最大となる目標高圧POを算出し、圧力センサ43により検出される圧
縮機吐出圧力、すなわち実際の高圧圧力PHが目標高圧POとなるように第2減圧器30
の絞り開度を制御して、冷凍サイクルRの効率向上を図る。
冷媒が流れるので、内部熱交換器32での熱交換は行われない。
3.低吹出温度の第1除湿暖房モード(図3のS170)
この第1除湿暖房モードでは、空調制御装置55の制御出力により四方弁28の冷媒流
路を図1の太実線の状態に切り替えるので、電動圧縮機27を作動させると、冷凍サイク
ルRでは白抜き矢印で示す冷房モード時と同じ冷媒流れ経路にて冷媒が循環する。すなわ
ち、電動圧縮機27の吐出側→水冷媒熱交換器20→第1減圧器29→四方弁28→室外
熱交換器18→内部熱交換器32の高圧側冷媒流路32a→第2減圧器30→室内熱交換
器31→四方弁28→アキュムレータ33→内部熱交換器32の低圧側冷媒流路32b→
電動圧縮機27の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
ることにより、室外熱交換器18での冷媒圧力を中間圧に制御して室外熱交換器18での
冷媒放熱量を調整できる。このことから、水冷媒熱交換器20での水側への冷媒放熱量を
調整できる。
第2減圧器30で減圧され低温低圧の冷媒となる。この低圧冷媒は次に室内熱交換器31
で室内送風機38の送風空気から吸熱して蒸発し、送風空気を冷却する。室内熱交換器3
1を通過した冷媒は、四方弁28、アキュムレータ33、内部熱交換器32を通過して電
動圧縮機27に吸入される。
加熱される。この際、第1減圧器29の開度制御により上記のように水冷媒熱交換器20
での水側への冷媒放熱量を調整することにより、温水式ヒータコア12における空気加熱
能力を調整できる。
となり、水側への冷媒放熱量が下記の第2除湿暖房モードに比較して小さくなるとともに
、室内熱交換器31での冷媒蒸発温度を下記の第2除湿暖房モードに比較して低くできる
ので、車室内吹出温度を下記の第2除湿暖房モードより低くすることができる。従って、
外気温が比較的高かくて暖房熱負荷が小さい条件の時に適した低吹出温度の除湿暖房を実
現できる。
4.高吹出温度の第2除湿暖房モード(図3のS180)
この第2除湿暖房モードでは、空調制御装置55の制御出力により四方弁28の冷媒流
路を図1の破線の状態に切り替えるので、電動圧縮機27を作動させると、冷凍サイクル
Rでは斜線矢印で示す暖房モード時と同じ冷媒流れ経路にて冷媒が循環する。すなわち、
電動圧縮機27の吐出側→水冷媒熱交換器20→第1減圧器29→四方弁28→室内熱交
換器31→第2減圧器30→内部熱交換器32の冷媒流路32a→室外熱交換器18→四
方弁28→アキュムレータ33→内部熱交換器32の冷媒流路32b→電動圧縮機27の
吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。、
但し、第2除湿暖房モードでは、第1減圧器29の絞り開度を十分小さくして、第1減
圧器29による減圧量により室内熱交換器31がサイクル低圧側の蒸発器(吸熱器)とし
て作用する。換言すると、室内熱交換器31が蒸発器として作用しうる減圧量が得られる
程度まで第1減圧器29の絞り開度を十分小さくする。
クル低圧側の蒸発器として作用する。
20で水側へ放熱するから、水側への放熱量が第1除湿暖房モードに比較して増大し、温
水式ヒータコア12における空気加熱能力を増大できる。
高くすることができる。従って、外気温が比較的低くて、暖房熱負荷が大きい条件の時に
適した高吹出温度の除湿暖房を実現できる。
弁23、26の開閉制御は、図4のS330、S340、S350の制御を暖房モード時
と同様に行えばよい。
ア40a、40bの開度制御も暖房モード時と同様に行えばよい。つまり、温水式ヒータ
コア12に流入する冷却水温度TW2(センサ42の検出温度)が目標水温TWOとなる
ように、電動圧縮機27の能力制御(回転数制御)を行っている場合は、エアミックスド
ア40a、40bを温水式ヒータコア12の通風路全開位置(図1の実線位置)に維持し
て、室内熱交換器31の冷却空気を温水式ヒータコア12で最大限、再加熱する。
達する場合は、冷凍サイクルRの運転モードを冷房サイクル(図3のS150)に切り替
えるとともに、エアミックスドア40a、40bを所定開度位置に制御して、車室内吹出
空気温度が目標温度TAOとなるように調節する。
温度が低い始動初期では、温水式ヒータコア12を有する第2温水回路13を燃料電池1
0側の第1温水回路11から切り離して、冷凍サイクルRの水冷媒熱交換器20で第2温
水回路13側の冷却水のみを加熱しながら、冷凍サイクルRの室内熱交換器31にて車室
内吹出空気を加熱できる。
、冷凍サイクルRの始動後、室内熱交換器31の温度は急速に上昇させることができる。
そのため、冷凍サイクル始動後に、室内熱交換器31によって車室内吹出空気を直ちに加
熱し、車室内吹出空気の温度を上昇できる。
度TEとを比較して、第2温水回路13側の冷却水温度TW2が室内熱交換器31直後の
吹出空気温度TEより低いときはエアミックスドア40a、40bにより温水式ヒータコ
ア12の通風路を全閉するから、室内熱交換器31によって加熱された空気の熱量が温水
式ヒータコア12にて低温の冷却水に吸熱されるという不具合を防止できる。
2温水回路13側の冷却水温度の上昇を早めることができる。よって、温水式ヒータコア
12による空気加熱作用を発揮できる状態を早めに作ることができる。以上のことが相俟
って、燃料電池10の始動初期における暖房即効性を向上できる。
(第2実施形態)
上述の第1実施形態では、燃料電池10の始動初期における暖房即効性の向上を重視し
た温水回路制御例について説明したが、第2実施形態は、燃料電池10の低温起動時にお
ける暖機促進を図るものである。
料電池10の廃熱と水冷媒熱交換器20での高圧冷媒の放熱とにより加熱されるので、燃
料電池10側の冷却水温度TW1の上昇を早めて、燃料電池10の低温起動時における暖
機を促進できる。
テップS360からステップS330に進み、以後、第1実施形態と同じ温水回路制御を
行う。
(第3実施形態)
上述の第1実施形態では、冷凍サイクルRの水冷媒熱交換器20を第2温水回路13において温水式ヒータコア12の下流側に接続しているが、第3実施形態では図6に示すように冷凍サイクルRの水冷媒熱交換器20を第2温水回路13において温水式ヒータコア12の上流側に接続している。
(第4実施形態)
上述の第1〜第3実施形態では、冷凍サイクルRの冷媒流れを切り替える四方弁28を有し、暖房モード時および高吹出温度の第2除湿暖房モード時には四方弁28の流路切替により水冷媒熱交換器20の冷媒流れ下流側に室内熱交換器31を接続しているが、第4実施形態では図7に示すように、四方弁28を廃止して、室内熱交換器31が常時、サイクル低圧側に接続される構成にしている。そのため、第4実施形態では、暖房モード時および高吹出温度の第2除湿暖房モード時にも室内熱交換器31が水冷媒熱交換器20の冷媒流れ下流側に接続されない構成になっている。
(他の実施形態)
上述の第1〜第4実施形態では、両温水回路11、13間の切り離し、接続を行う弁手
段として、温水通路を開閉する開閉弁23、26を使用しているが、この弁手段として温
水通路の通路開口面積を連続的に調整可能な流量調整タイプの弁を使用してもよい。
10の冷却水を循環する温水回路11、13を構成する場合について説明したが、燃料電
池10の代わりに、電気自動車の走行用電動モータやハイブリッド車の走行用エンジン等
を発熱機器として使用し、これらの発熱機器の冷却水を循環する温水回路11、13を構
成する場合にも本発明は同様に適用できる。
換器32を備える冷凍サイクルRについて説明したが、冷媒として通常のフロン系の冷媒
を使用し、内部熱交換器32を備えない冷凍サイクルにも本発明は同様に適用できる。
ドスイッチが投入されているか判定して、この冷却モードスイッチの投入により室内熱交
換器31の冷却モードの指令信号が出ていると判定しているが、この冷却モードスイッチ
を廃止して、室内熱交換器31の冷却モードの必要な条件を、目標吹出空気温度TAO、
外気温等に基づいて自動的に判定するようにしてもよい。
13…第2温水回路、20…水冷媒熱交換器、23、26…開閉弁(弁手段)、
27…圧縮機、31…室内熱交換器。
Claims (10)
- 車両搭載の発熱機器(10)を含み、前記発熱機器(10)を冷却する冷却水が流れる第1温水回路(11)と、
車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコア(12)を含み、前記温水式ヒータコア(12)を通過して冷却水が流れる第2温水回路(13)と、
前記第1温水回路(11)と前記第2温水回路(13)との間を切り離した状態と、前記第1温水回路(11)と前記第2温水回路(13)との間を接続した状態とに切り替える弁手段(23、26)と、
冷凍サイクル(R)の圧縮機吐出側に設けられ、前記圧縮機吐出側の高圧冷媒の放熱により前記第2温水回路(13)の冷却水を加熱する水冷媒熱交換器(20)と、
前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)と前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)とを比較して前記弁手段(23、26)を制御する第1制御手段(S330〜S360)とを備え、
前記第1制御手段(S330〜S360)は、前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)が前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)より低いときに、前記弁手段(23、26)を前記切り離し状態に制御し、前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)が前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)より高くなると、前記弁手段(23、26)を前記接続状態に制御することを特徴とする車両用空調装置。 - 前記第1制御手段(S330〜S360)は、前記発熱機器(10)の暖機を必要とする所定の低温度を判定温度として設定しており、
前記第1温水回路(11)の冷却水温度(TW1)が前記所定の低温度より低いときは、前記弁手段(23、26)を強制的に前記接続状態に制御することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。 - 暖房モード時に前記水冷媒熱交換器(20)の冷媒流れ下流側に接続され、前記車室内吹出空気を前記高圧冷媒の放熱により加熱する室内熱交換器(31)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用空調装置。
- 前記室内熱交換器(31)は前記車室内吹出空気の通路内において前記温水式ヒータコア(12)の上流側に配置され、
前記車室内吹出空気の通路には前記温水式ヒータコア(12)のバイパス通路(39a
、39b)、および前記温水式ヒータコア(12)の通風路と前記バイパス通路(39a
、39b)を開閉するドア手段(40a、40b)が配置され、
更に、前記室内熱交換器(31)通過後の空気温度(TE)と前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)とを比較して前記ドア手段(40a、40b)を制御する第2制御手段(S300〜S320)を備え、
前記第2制御手段(S300〜S320)は、前記暖房モード時に前記室内熱交換器(31)通過後の空気温度(TE)が前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)より高いときは前記ドア手段(40a、40b)を前記温水式ヒータコア(12)の通風路の全閉位置に制御し、前記室内熱交換器(31)通過後の空気温度(TE)より前記第2温水回路(13)の冷却水温度(TW2)が高くなると前記ドア手段(40a、40b)を前記温水式ヒータコア(12)の通風路の開口位置に制御することを特徴とする請求項3に記載の車両用空調装置。 - 前記冷凍サイクル(R)は、前記暖房モードと、前記室内熱交換器(31)を低圧側の冷媒吸熱器として作用させる冷房モードと、前記室内熱交換器(31)を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、前記室内熱交換器(31)の冷却空気を前記温水式ヒータコア(12)にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の車両用空調装置。
- 前記冷凍サイクル(R)の低圧側に設けられ、冷房モード時に低圧側の冷媒吸熱器として作用することにより前記車室内吹出空気を冷却する室内熱交換器(31)を備え、
暖房モード時には前記冷凍サイクル(R)の低圧冷媒が前記室内熱交換器(31)をバイパスして流れることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用空調装置。 - 前記室内熱交換器(31)は前記車室内吹出空気の通路内において前記温水式ヒータコア(12)の上流側に配置され、
前記冷凍サイクル(R)は、前記暖房モードと、前記冷房モードと、前記室内熱交換器(31)を低圧側の冷媒吸熱器として作用させ、かつ、前記室内熱交換器(31)の冷却空気を前記温水式ヒータコア(12)にて加熱する除湿暖房モードとを切替可能に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の車両用空調装置。 - 前記水冷媒熱交換器(20)は前記第2温水回路(13)において前記温水式ヒータコア(12)の上流側に配置されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
- 前記冷凍サイクル(R)の冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
- 前記発熱機器は燃料電池(10)であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
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