JP2012011927A - Vehicle water circulation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン冷却水を有しない電気自動車や空冷式内燃機関搭載車等の車室内の冷暖房に利用される車両用液体循環システムに関するものである。 The present invention relates to a vehicle liquid circulation system used for cooling and heating a vehicle interior of an electric vehicle without an engine cooling water or a vehicle equipped with an air-cooled internal combustion engine.
従来より、電気自動車のようなエンジン冷却水からの排熱を利用して車室内の暖房ができない車両用の空気調和装置として、空気から熱を汲み上げるヒートポンプ技術を用いたものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an air conditioner for a vehicle that cannot heat a vehicle interior using exhaust heat from engine coolant such as an electric vehicle, there is one using a heat pump technology that pumps heat from air.
この技術は、圧縮機、冷媒水熱交換器、蒸発器を有する冷凍サイクルと、温水を循環させるポンプ、ダクト内に設置され、流入した温水によりダクト内を流れる空気を加熱する温水式加熱器を有する温水サイクルとを備えることにより、エンジン排熱を用いずに、ヒートポンプ技術により車室内の暖房を行うものである。例えば、特許文献1には、図5に示すような車両用空気調和装置100が開示されている。
This technology consists of a refrigeration cycle having a compressor, a refrigerant water heat exchanger, an evaporator, a pump that circulates hot water, a hot water heater that is installed in the duct and heats the air flowing in the duct by the inflowing hot water. The vehicle interior is heated by heat pump technology without using engine exhaust heat. For example,
この車両用空気調和装置100は、冷媒を循環させる冷媒回路110と、温水を循環させる水回路120とを備えている。冷媒回路110は、圧縮機101、冷媒水熱交換器102、減圧手段103、および蒸発器104が配管により環状に接続されており、一方、水回路120は、ポンプ111、冷媒水熱交換器102、ダクト115内に設置された温水ヒータコア112が配管により環状に接続されている。
The
冷媒回路110における冷媒水熱交換器102にて高温高圧冷媒の凝縮熱によって加熱された温水が、ポンプ111によりダクト115内の温水ヒータコア112に搬送され、温水ヒータコア112では、送風機113の作用によりダクト115内を流れる空気と熱交換して空気を加熱する。その加熱された空気は、送風機113の作用により車室内へ吹き出され、車室内が暖房される。
The hot water heated by the heat of condensation of the high-temperature and high-pressure refrigerant in the refrigerant
このように空気熱源のヒートポンプ技術を用いることにより、エンジン排熱を使用せずに、車室内の暖房が可能になる車両用空気調和装置を提供することができる。 Thus, by using the heat pump technology of the air heat source, it is possible to provide a vehicle air conditioner that can heat the vehicle interior without using engine exhaust heat.
しかしながら、前記従来の構成では、車室内での快適性の観点で以下のような問題が生じる。つまり、前記従来の構成による暖房方式は、温水ヒータコア112内の温水と、ダクト115内を流れる空気とが熱交換することにより空気を加熱し、その空気を車室内に吹き出して車室内空間の暖房運転を行うという、いわゆる強制対流を利用した暖房方式である。
However, the conventional configuration has the following problems from the viewpoint of comfort in the passenger compartment. In other words, the heating method according to the conventional configuration heats the air by exchanging heat between the hot water in the hot
このようなヒートポンプ熱源による強制対流式暖房では、例えば、冬季の低外気温条件での暖房運転開始時、冷媒回路110側の凝縮圧力が上昇して、水回路120側にて温水ヒータコア112へ流入する水温が最低約40℃以上となり、車室内に在席する人体の体温より、最低でも数度以上は高い温度の空気をダクト115から吹き出さない限り、在席者が快適と感じるまでには至らない。
In forced convection heating using such a heat pump heat source, for example, at the start of heating operation under low outdoor temperature conditions in winter, the condensing pressure on the
つまり、暖房運転開始後、車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、暖房起動時の快適性が低いという問題があった。 That is, there is a problem that after the heating operation is started, it takes a long time for the occupants in the vehicle to feel comfortable, and the comfort at the time of starting the heating is low.
また、前記従来の構成では、車室内の空間全体を暖房する方式であるため、在席人数が少ない場合には不必要なエネルギーを使用することになり、省エネルギー性面でも問題があった。 Further, in the conventional configuration, since the entire space in the passenger compartment is heated, unnecessary energy is used when the number of seated persons is small, and there is a problem in terms of energy saving.
さらに、前記従来の構成の冷媒回路110において、冷媒を逆方向に流動させることにより、冷房運転が可能になるが、この場合も暖房運転と同様、運転開始時後に車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、冷房起動時の快適性が低いという問題があった。
Further, in the
本発明は、このような事情に鑑み、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる車両用液体循環システムを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention provides a vehicle liquid circulation system that can improve the comfort at the start of air-conditioning operation and can reduce the energy required for air-conditioning, and can improve the so-called energy saving performance. With the goal.
前記課題を解決するために、本発明の車両用液体循環システムは、水回路において、冷媒水熱交換器と直列に第1熱交換手段を接続し、前記第1熱交換手段と並列に第2熱交換手段を接続し、第1熱交換手段は送風手段が発する空気により熱伝達するとともに、第2熱交換手段は車室内を構成する部品の表面または内部に設置し、熱伝導、または、輻射により伝熱するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a liquid circulation system for a vehicle according to the present invention includes, in a water circuit, a first heat exchange means connected in series with a refrigerant water heat exchanger, and a second in parallel with the first heat exchange means. A heat exchanging means is connected, and the first heat exchanging means transfers heat by the air generated by the blower means, and the second heat exchanging means is installed on the surface or inside of the components constituting the vehicle interior to conduct heat or radiate. Heat transfer.
本発明の車両用液体循環システムは、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる。 The vehicle liquid circulation system of the present invention can improve the comfort at the start of the cooling / heating operation, and can improve the so-called energy saving property that keeps the energy required for the cooling / heating low.
第1の発明は、圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、冷媒水熱交換器と直列に接続された第1熱交換手段、前記第1熱交換手段と並列に接続された第2熱交換手段を有する水回路と、制御手段とを備え、第1熱交換手段は送風手段が発する空気により熱伝達するとともに、第2熱交換手段は車室内を構成する部品の表面または内部に設置され、熱伝導、または輻射により伝熱するものである。これにより、対流熱伝達を利用する第1熱交換手段と、熱伝導、または、輻射を利用する第2熱交換手段とを運転時間帯、在席者の位置、在席者の体感等により使い分けることができる。 A first invention includes a refrigerant circuit to which a compressor, a refrigerant water heat exchanger, an expansion unit, a refrigerant air heat exchanger are connected, a circulation unit for circulating water exchanged in the refrigerant water heat exchanger, and refrigerant water A first heat exchange means connected in series with the heat exchanger, a water circuit having a second heat exchange means connected in parallel with the first heat exchange means, and a control means, the first heat exchange means comprising: Heat is transferred by the air generated by the blowing means, and the second heat exchange means is installed on the surface or inside of the components constituting the vehicle interior and transfers heat by heat conduction or radiation. Accordingly, the first heat exchanging means using convective heat transfer and the second heat exchanging means using heat conduction or radiation are properly used depending on the driving time, the position of the occupant, the sensation of the occupant, etc. be able to.
さらに、対流熱伝達を利用する第1熱交換手段による冷暖房運転では、人間の体温との温度差を大きく設定する必要があるのに対して、熱伝導、または、輻射を利用する第2熱交換手段による車室内での冷暖房運転では、人間の体温との温度差を比較的小さく設定しても同等の快適性を得ることができ、エネルギー消費量の低減が可能になる。 Furthermore, in the air conditioning operation by the first heat exchange means using convective heat transfer, it is necessary to set a large temperature difference from the human body temperature, whereas the second heat exchange using heat conduction or radiation is required. In the cooling / heating operation in the vehicle interior by means, the same comfort can be obtained even if the temperature difference from the human body temperature is set to be relatively small, and the energy consumption can be reduced.
第2の発明は、特に、第1の発明における第1熱交換手段、第2熱交換手段のそれぞれを流れる水流量を調整する流量調整手段を配設することにより、第1熱交換手段、第2熱交換手段への水流量を個別に調整することができる。 In particular, the second aspect of the invention provides the first heat exchanging means, the first heat exchanging means, the first heat exchanging means, the flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of water flowing through each of the first heat exchanging means and the second heat exchanging means in the first invention. 2 The water flow rate to the heat exchange means can be individually adjusted.
その結果、車両用液体循環システムの冷房・暖房の運転モードの違い、起動時・安定時等の運転状態の違い、第1熱交換手段および第2熱交換手段における冷暖房負荷の違い、車室内在席者数の違い、車室内在席者の快適感覚の違い等に応じた水流量可変運転が可能になる。 As a result, the cooling / heating operation modes of the vehicle liquid circulation system, the operating conditions such as startup and stable, the cooling / heating loads in the first heat exchange means and the second heat exchange means, The water flow variable operation according to the difference in the number of seats, the difference in the comfort feeling of the passengers in the vehicle interior, and the like becomes possible.
第3の発明は、特に、第2の発明による暖房運転において、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が人体温度付近である第1所定温度未満の場合、第1熱交換手段へ送風すると、吹出し空気温度が低いため、在席者に冷風感を与えると判断して、第1熱交換手段へ送風せずに第1熱交換手段に水を流入させる。 In the third aspect of the invention, in particular, in the heating operation according to the second aspect of the invention, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is lower than the first predetermined temperature that is near the human body temperature, the air is blown to the first heat exchange means. Since the blown air temperature is low, it is determined that the occupant feels cold air, and water is allowed to flow into the first heat exchange means without sending air to the first heat exchange means.
同時に、熱伝導、または、輻射により伝熱する第2熱交換手段に、人体温度に満たない水が流れ込むことにより、在席者より熱を奪って寒冷感を与えることを避けるために、第2熱交換手段の流量調整手段により第2熱交換手段に水が流れることを防止する。 At the same time, the second heat exchanging means that transfers heat by heat conduction or radiation flows into the second heat exchanging means to avoid taking heat from the occupant and giving a cold feeling to the second heat exchange means. The flow rate adjusting means of the heat exchange means prevents water from flowing to the second heat exchange means.
以上の結果、水温が上昇するまで第1熱交換手段から冷風が吹き出すこと、および水温が上昇するまで第2熱交換手段が在席者より熱を奪って寒冷感を与えることを防止することができる。 As a result of the above, it is possible to prevent the cool air from blowing out from the first heat exchange means until the water temperature rises, and prevent the second heat exchange means from taking heat away from the occupants and giving a cold feeling until the water temperature rises. it can.
第4の発明は、特に、第2の発明による暖房運転において、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が第1所定温度以上で、かつ、人体温度より数度以上高い温度である第2所定温度未満の場合、第1熱交換手段へ送風すると、吹出し空気温度が低いため、在席者に冷風感を与えると判断して、第1熱交換手段へ送風せずに第1熱交換手段に水を流入させる。 According to a fourth aspect of the present invention, in particular, in the heating operation according to the second aspect of the present invention, the temperature of water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is a first predetermined temperature or higher and a temperature that is several degrees higher than the human body temperature. When the temperature is lower than the predetermined temperature, if the air is blown to the first heat exchanging means, the temperature of the blown air is low. Let water flow into
同時に、熱伝導、または、輻射により伝熱する第2熱交換手段に、人体温度より高い温水が流れ込むことにより、在席者に温熱を与えることができると判断して、第2熱交換手段の流量調整手段により第2熱交換手段に水を流入させる。 At the same time, it is determined that warm water higher than the human body temperature flows into the second heat exchanging means that conducts heat by heat conduction or radiation, so that the occupant can be given warm heat. Water is caused to flow into the second heat exchange means by the flow rate adjusting means.
以上の結果、水温が上昇するまで第1熱交換手段から冷風が吹き出すことを防止しながら、第2熱交換手段の熱伝導、または、輻射伝熱の作用により、在席者の温熱感を向上させることができる。 As a result, while preventing cold air from blowing out from the first heat exchanging means until the water temperature rises, the thermal conductivity of the second heat exchanging means or the effect of radiant heat transfer improves the thermal sensation of the occupants. Can be made.
第5の発明は、特に、第2の発明による暖房運転において、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、人体温度より数度以上高い温度である第2所定温度以上の場合、第1熱交換手段へ送風すると、吹出し空気温度が高いため、在席者の温熱感を向上させることができると判断して、第1熱交換手段の流量調整手段により第1熱交換手段に水を流入させ、かつ第1熱交換手段へ送風を行う。 In the fifth aspect of the invention, in particular, in the heating operation according to the second aspect of the invention, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is equal to or higher than a second predetermined temperature that is higher than the human body temperature by several degrees or more, When the air is blown to the heat exchange means, the temperature of the occupant is judged to be improved because the temperature of the blown air is high, and water flows into the first heat exchange means by the flow rate adjusting means of the first heat exchange means. And blows air to the first heat exchange means.
同時に、熱伝導、または、輻射により伝熱する第2熱交換手段に、人体温度より十分高い温水が流れ込むことにより、在席者に温熱を与えることができると判断して、第2熱交換手段の流量調整手段により第2熱交換手段に水を流入させる。 At the same time, it is determined that warm water sufficiently higher than the human body temperature flows into the second heat exchanging means that conducts heat by heat conduction or radiation, so that it is possible to give heat to the occupants, and the second heat exchanging means Water is caused to flow into the second heat exchange means by the flow rate adjusting means.
以上の結果、第1熱交換手段の対流伝熱の作用により、車室内の対流による全体暖房運転と、第2熱交換手段の熱伝導、または、輻射伝熱の作用により、比較的温度の低い温水を有効に利用しながら、局所暖房運転を併用でき、在席者の温熱感を向上させることができる。 As a result, the temperature is relatively low due to the convection heat transfer action of the first heat exchange means and the overall heating operation by convection in the vehicle interior and the heat conduction or radiant heat transfer action of the second heat exchange means. While using warm water effectively, local heating operation can be used together, and the thermal sensation of the occupants can be improved.
第6の発明は、特に、第2の発明による冷房運転において、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、人体温度付近である第3所定温度以上の場合、第1熱交換手段へ送風し、第1熱交換手段の流量調整手段により第1熱交換手段に水を流入させる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, in the cooling operation according to the second aspect of the invention, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is equal to or higher than a third predetermined temperature that is near the human body temperature, the air is sent to the first heat exchange means. Then, water is caused to flow into the first heat exchange means by the flow rate adjusting means of the first heat exchange means.
同時に、熱伝導、または、輻射により伝熱する第2熱交換手段に、人体温度より高い水が流れ込むことにより、在席者に熱を伝えて不快感を与えることを避けるために、第2熱交換手段の流量調整手段により第2熱交換手段に水が流れることを防止する。 At the same time, the second heat exchange means for transferring heat by heat conduction or radiation causes the second heat to avoid discomfort by transferring heat to the occupants by flowing water higher than the human body temperature. The flow rate adjusting means of the exchange means prevents water from flowing to the second heat exchange means.
以上の結果、水温が低下するまで第2熱交換手段が在席者に熱を伝えて不快感を与えることを防止することができる。 As a result of the above, it is possible to prevent the second heat exchange means from transmitting heat to the occupant and causing discomfort until the water temperature decreases.
第7の発明は、特に、第2の発明による冷房運転において、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が第3所定温度未満で、かつ、人体温度より数度以上低い温度である第4所定温度以上の場合、熱伝導、または、輻射により伝熱する第2熱交換手段に、人体温度より低い温水が流れ込むことにより、在席者から熱を奪うことができると判断して、第2熱交換手段の流量調整手段により第2熱交換手段に水を流入させる。 According to a seventh aspect of the invention, in particular, in the cooling operation according to the second aspect of the invention, the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is lower than a third predetermined temperature and is a temperature that is lower than the human body temperature by several degrees or more. When the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, it is determined that warm water lower than the human body temperature flows into the second heat exchanging means that transfers heat by heat conduction or radiation, so that heat can be taken from the occupants. Water is caused to flow into the second heat exchange means by the flow rate adjusting means of the heat exchange means.
以上の結果、第2熱交換手段の熱伝導、または、輻射伝熱の作用により、比較的温度の高い冷水を有効に利用しながら、在席者の清涼感を向上させることができる。 As a result of the above, it is possible to improve the refreshing feeling of the occupant while effectively using cold water having a relatively high temperature by the heat conduction of the second heat exchange means or the action of radiant heat transfer.
第8の発明は、特に、第2の発明による冷房運転において、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、人体温度より数度以上低い温度である第4所定温度未満の場合、第1熱交換手段へ送風すると、吹出し空気温度が人体温度より十分低いため、在席者の清涼感を向上させることができると判断して、第1熱交換手段の流量調整手段により第1熱交換手段に水を流入させ、かつ第1熱交換手段へ送風を行う。 In an eighth aspect of the invention, in particular, in the cooling operation according to the second aspect of the invention, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is less than a fourth predetermined temperature that is a temperature several degrees lower than the human body temperature, When the air is blown to the heat exchanging means, it is determined that the refreshed feeling of the occupant can be improved because the blown air temperature is sufficiently lower than the human body temperature, and the first heat exchanging means is determined by the flow rate adjusting means of the first heat exchanging means. Water is allowed to flow in and air is sent to the first heat exchange means.
同時に、熱伝導、または、輻射により伝熱する第2熱交換手段に、人体温度より十分低い温水が流れ込むことにより、在席者から熱を奪うことができると判断して、第2熱交換手段の流量調整手段により第2熱交換手段に水を流入させる。 At the same time, it is determined that warm water sufficiently lower than the human body temperature flows into the second heat exchanging means that conducts heat by heat conduction or radiation, so that it is possible to take heat away from the occupants, and the second heat exchanging means Water is caused to flow into the second heat exchange means by the flow rate adjusting means.
以上の結果、第1熱交換手段の対流伝熱の作用により、車室内の対流による全体冷房運転と、第2熱交換手段の熱伝導、または、輻射伝熱の作用により、比較的温度の高い冷水を有効に利用しながら、局所冷房運転を併用でき、在席者の清涼感を向上させることができる。 As a result of the above, due to the effect of convection heat transfer of the first heat exchange means, the overall cooling operation by convection in the passenger compartment and the heat conduction of the second heat exchange means or the action of radiant heat transfer causes a relatively high temperature. While using cold water effectively, local cooling operation can be used together, and the refreshing feeling of the occupants can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1に、本発明の第1実施形態に係る車両用液体循環システム50を示す。この車両用液体循環システム50は、冷媒を循環させる冷媒回路10と、冷媒回路10を熱源として生成される温水、または冷水を循環させる水回路20と、制御手段である制御装置30とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a vehicle
冷媒回路10は、冷媒を圧縮する圧縮機1、冷媒の流動方向を切り換える四方弁5、冷媒と水とを熱交換させる冷媒水熱交換器2、高圧冷媒を膨張させる膨張手段である膨張弁3、および冷媒と空気とを熱交換させる冷媒空気熱交換器4が配管により接続されて構成されている。
The
冷媒回路10には、暖房運転から冷房運転、あるいは暖房運転から除霜運転へ切り換えるための四方弁5が設けられている。
The
なお、冷媒としては、例えば、R410A等の擬似共沸混合冷媒、R407C等の非共沸混合冷媒、またはフロン冷媒系または自然冷媒系の単一冷媒等を用いることができる。 As the refrigerant, for example, a pseudo-azeotropic refrigerant mixture such as R410A, a non-azeotropic refrigerant mixture such as R407C, or a single refrigerant of a chlorofluorocarbon refrigerant system or a natural refrigerant system can be used.
一方、水回路20は、水を搬送する循環手段であるポンプ21、冷媒水熱交換器2、そして、冷媒水熱交換器2にて熱交換された水の熱を放熱するための第1熱交換器22a、第2熱交換器22b、第3熱交換器22c、および各熱交換器22a〜22cへの水流量を調整するための第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23cから構成されている。
On the other hand, the
水回路20において、第1熱交換器22aは冷媒水熱交換器2に対して直列に設置されている。また、第2熱交換器22b、および第3熱交換器22cは、第1熱交換器22aに対して並列に設置されている。第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23cは、第1熱交換器22a、第2熱交換器22b、第3熱交換器22cの入口側で、かつ車室外に設置されている。
In the
第1熱交換器22aは本発明における第1熱交換手段であり、第2熱交換器22b、第3熱交換器22cは、本発明における第2熱交換手段である。
The
第1熱交換器22aは送風ダクト25の中に設置され、送風手段としての送風機24の送風により対流熱伝達を利用して水から空気へ熱交換が行われる。第1熱交換器22aで熱交換された空気は送風ダクト25の吹出口に設置された風量調整ダンパ26を介して車室内へ吹き出される。
The
また、第2熱交換器22bは車室内のドア内面パネルに設置され、輻射により座席シートへの在席者に温冷熱を伝え、第3熱交換器22cは車室内の座席シートの内部に設置され、熱伝導により座席シート、および座席シートへの在席者に温冷熱を伝える。
The
さらに、冷媒水熱交換器2の水側流路の出口側には、各熱交換器22a〜22cへ流入する水温度を検出するための入口温度センサ27が設置されている。第1熱交換器22a、第2熱交換器22b、第3熱交換器22cの出口側には、各々から流出する水温度を検出するための第1出口温度センサ28a、第2出口温度センサ28b、第3出口温度センサ28cが設置されている。
Furthermore, an
なお、水回路20に使用する水としては、例えば、市水等のほか、不凍液、ブライン等を用いることができる。
In addition, as water used for the
制御装置30は、入口温度センサ27、各出口温度センサ28a〜28c、送風機24、各流量調整弁23a〜23cと信号線で接続されている。
The
以上のように構成された車両用液体循環システムは、四方弁5を切り換えることで、各熱交換器22a〜22cへ温水を搬送する暖房運転と、各熱交換器22a〜22cへ冷水を搬送する冷房運転を行うことができる。以下、暖房運転における冷媒、および水の状態変化を説明する。
In the vehicle liquid circulation system configured as described above, by switching the four-
本実施形態の車両用液体循環システム50では、冷媒回路10の加熱運転により生成された温水を、水回路20において放熱器へ搬送して車室内の暖房に利用する暖房運転を行う。図1では暖房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印で示し、水の流れ方向を破線矢印で示している。
In the vehicle
まず、冷媒回路10において、圧縮機1から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁5により冷媒水熱交換器2に流入する方向に切り換えられ、凝縮器として作用する冷媒水熱交換器2において冷媒水熱交換器2の水側流路を通過する水と熱交換して水を加熱し、冷媒自身は放熱して液化凝縮し、高圧液冷媒となる。
First, in the
冷媒水熱交換器2から流出した高圧液冷媒は、膨張弁3によって減圧されて膨張し、低圧二相冷媒となり、蒸発器として作用する冷媒空気熱交換器4に流入する。
The high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the refrigerant
冷媒空気熱交換器4に流入した低圧二相冷媒は、ここで蒸発して空気から気化熱を吸熱して、過熱冷媒となって冷媒空気熱交換器4を流出し、圧縮機1へ戻る。
The low-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the refrigerant
一方、水回路20において、ポンプ21から吐出された水は、冷媒水熱交換器2の水側流路において、冷媒水熱交換器2の冷媒側流路で凝縮する冷媒と熱交換して加熱され温水となる。
On the other hand, in the
制御装置30は、入口温度センサ27、第1出口温度センサ28a、第2出口温度センサ28b、第3出口温度センサ28cによる検出温度によって、送風機24の運転有無、第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、および第3流量調整弁23cを通過する水流量を制御する。
The
第1熱交換器22aに温水が流入した場合、温水から空気へ対流熱伝達で加熱されることにより、温風が生成され、車室内の暖房を行い、水自身は空気との熱交換によって水温が低下して第1熱交換器22aから流出する。
When hot water flows into the
また、車室内のドア内面パネルに設置された第2熱交換器22bに流入した場合、在席者の体温より高い温水により加熱されたドア内面パネルから、輻射により座席シート在席者に温熱を伝え、在席者の暖房快適性を高め、水自身は輻射により座席シート在席者に温熱を伝えることよって水温が低下して第2熱交換器22bから流出する。
Moreover, when it flows into the
さらに、車室内の座席シートの内部に設置された第3熱交換器22cに流入した場合、在席者の体温より高い温水が、熱伝導により座席シート、および座席シート在席者に温熱を伝え、在席者の暖房快適性を高め、水自身は座席シートや在席者との熱交換によって水温が低下して第3熱交換器22cから流出する。
Furthermore, when flowing into the
以上、各熱交換器22a〜22cから流出した水は集合後、ポンプ21へ戻る。
As mentioned above, the water which flowed out from each
次に、制御装置30は、送風機24の運転/停止、第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、および第3流量調整弁23cの開度制御を繰り返して行うものであり、図2に示すフローチャートを参照して、暖房運転起動時の制御動作内容について詳細に説明する。
Next, the
まず、冷媒回路10による加熱運転を開始し(ステップS1)、水回路20における入口温度センサ27により入口水温Tiを検出し、第1出口温度センサ28a、第2出口温度センサ28b、第3出口温度センサ28c各々により出口水温T1、出口水温T2、出口水温T3を検出する(ステップS2)。
First, heating operation by the
そして、入口水温Tiと、第2熱交換器22bの使用開始温度として予め設定された第1所定温度Ts1との大小関係を判定する(ステップS3)。
Then, the magnitude relationship between the inlet water temperature Ti and the first predetermined temperature Ts1 preset as the use start temperature of the
ステップS3において、入口水温Ti<第1所定温度Ts1の場合、水温が十分上昇していないため、在席者の冷風感、冷温感を防止すべく、第1熱交換器22a、第2熱交換器22b、第3熱交換器22cでの暖房運転は行わず、第1流量調整弁23aをバイパス弁として作用させて、水回路20における水温が上昇するまで水循環を継続する。
In step S3, if the inlet water temperature Ti <the first predetermined temperature Ts1, the water temperature has not risen sufficiently. Therefore, the
すなわち、ステップS4に移行して、送風機:停止、第1流量調整弁23a:全閉から所定開度P1だけ開とし、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23c:全閉として、ステップS2へ戻る。
That is, the process proceeds to step S4, where the blower is stopped, the first flow
このとき、第1流量調整弁23aの所定開度P1は、入口水温Tiと、第1出口温度センサ28aによる出口水温T1との差(Ti−T1)が所定温度差になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P1 of the first flow
一方、ステップS3において、入口水温Ti≧第1所定温度Ts1の場合、輻射パネルである第2熱交換器22bの使用を開始すべく、ステップS5に移行して、入口水温Tiと、熱伝導パネルである第3熱交換器22cの使用開始温度として予め設定された第2所定温度Ts2との大小関係を判定する。
On the other hand, in step S3, when the inlet water temperature Ti ≧ the first predetermined temperature Ts1, the process proceeds to step S5 to start using the
ステップS5において、入口水温Ti<第2所定温度Ts2の場合、輻射パネルを使用開始し、熱伝導パネルは未使用とすべく、ステップS6に移行して、輻射パネルである第2熱交換器22b用の第2流量調整弁23b:所定開度P2だけ開として、ステップS2へ戻る。
In step S5, when the inlet water temperature Ti <the second predetermined temperature Ts2, the radiation panel is started to be used, and the heat conduction panel is shifted to step S6 so as not to be used, and the
このとき、第2流量調整弁23bの所定開度P2は、入口水温Tiと、第2出口温度センサ28bによる出口水温T2との差(Ti−T2)が所定温度差になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P2 of the second flow
一方、ステップS5において、入口水温Ti≧第2所定温度Ts2の場合、熱伝導パネルである第3熱交換器22cの使用を開始すべく、ステップS7に移行して、入口水温Tiと、送風機24の運転を伴う第1熱交換器22aの使用開始温度として予め設定された第3所定温度Ts3との大小関係を判定する。
On the other hand, in step S5, when the inlet water temperature Ti ≧ second predetermined temperature Ts2, the process proceeds to step S7 to start using the
ステップS7において、入口水温Ti<第3所定温度Ts3の場合、熱伝導パネルを使用開始し、第1熱交換器22aでの暖房運転は未使用とすべく、ステップS8に移行して、輻射パネルである第3熱交換器22c用の第3流量調整弁23c:所定開度P3だけ開として、ステップS2へ戻る。
In step S7, when the inlet water temperature Ti <the third predetermined temperature Ts3, the use of the heat conduction panel is started, and the heating operation in the
このとき、第3流量調整弁23cの所定開度P3は、入口水温Tiと、第3出口温度センサ28cによる出口水温T3との差(Ti−T3)が所定温度差になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P3 of the third flow
一方、ステップS7において、入口水温Ti≧第3所定温度Ts3の場合、第1熱交換器22aでの暖房運転を開始すべく、ステップS9に移行して、送風機:運転、第1流量調整弁23a:所定開度P4だけ開として、暖房起動制御を終了する。
On the other hand, in step S7, when the inlet water temperature Ti ≧ the third predetermined temperature Ts3, the process proceeds to step S9 to start the heating operation in the
このとき、第1流量調整弁23aの所定開度P4は、入口水温Tiと、第1出口温度センサ28aによる出口水温T1との差(Ti−T1)が所定温度差になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P4 of the first flow
ここでは、各熱交換器22a〜22c用に予め設定された第1所定温度Ts1、第2所定温度Ts2、第3所定温度Ts3の大小関係は、第1所定温度Ts1<第2所定温度Ts2<第3所定温度Ts3として、輻射、熱伝導、対流の順で高くなるように設定している。
Here, the magnitude relationship among the first predetermined temperature Ts1, the second predetermined temperature Ts2, and the third predetermined temperature Ts3 set in advance for each of the
以上説明したように、本実施形態において暖房運転を行う場合、冷媒水熱交換器2から流出する水の温度が、人体温度付近である第1所定温度Ts1未満の場合は、第1熱交換器22aの第1流量調整弁23aを所定開度P1だけ開とし、送風機24による送風は行わず、かつ、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23cを閉とすることにより、水温が上昇するまで第1熱交換器22aからの冷風吹出しを防止しながら、温水の循環を継続できる。
As described above, when the heating operation is performed in the present embodiment, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant
つぎに、冷媒水熱交換器2から流出する水の温度が、第1所定温度Ts1以上で、かつ、第3熱交換器22cの使用開始温度である第2所定温度Ts2未満の場合、第2流量調整弁23bを所定開度P2だけ開とすることにより、在席者の体温より高い温水により加熱されたドア内面パネルから、輻射により座席シート在席者に温熱を伝え、在席者を局所的に暖めることができ、比較的温度の低い温水を有効に利用しながら、暖房運転起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
Next, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant
また、冷媒水熱交換器2から流出する水の温度が、第2所定温度Ts2以上で、かつ、第1熱交換器22aの使用開始温度である第3所定温度Ts3未満の場合、第3流量調整弁23cを所定開度P3だけ開とすることにより、熱伝導により座席シート等を介して在席者を局所的に暖めることができ、比較的温度の低い温水を有効に利用しながら、暖房運転起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
Further, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant
さらに、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第3所定温度Ts3以上の場合、第1流量調整弁23aを所定開度P4だけ開とし、送風機24を運転して第1熱交換器22aへ送風することにより、水温が十分上昇し、人体温度より十分高い温度の空気を吹き出せるため、暖房運転起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
Further, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is equal to or higher than the third predetermined temperature Ts3, the first flow
すなわち、第1熱交換器22aによる車室内の対流による全体暖房運転と、同時に熱伝導を利用した第2熱交換器22b、および輻射を利用した第3熱交換器22cによる局所暖房運転を併用でき、快適性をさらに向上させることが可能となる。
That is, the overall heating operation by convection in the passenger compartment by the
(実施の形態2)
図3に、本発明の第2実施形態に係る冷房運転を行う車両用液体循環システム50を示す。冷媒回路10と、水回路20の構成は第1実施形態と同一であるが、冷媒回路10において冷却運転を行うこと、および水回路20における第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23c、送風機24の運転制御については第1実施形態とは異なる。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a vehicle
以下、冷房運転における冷媒、および水の状態変化を説明する。 Hereinafter, the state change of the refrigerant and water in the cooling operation will be described.
本実施形態の車両用液体循環システム50では、冷媒回路10の冷却運転により生成された冷水を、水回路20において放熱器へ搬送して車室内の冷房に利用する冷房運転を行う。図3では冷房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印で示し、および水の流れ方向を破線矢印で示している。
In the vehicle
まず、冷媒回路10において、圧縮機1から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁5により冷媒空気熱交換器4に流入する方向に切り換えられ、凝縮器として作用する冷媒空気熱交換器4において空気側を流動する空気と熱交換して空気を加熱し、冷媒自身は放熱して液化凝縮する。
First, in the
冷媒空気熱交換器4から流出した高圧液冷媒は、膨張弁3によって減圧されて膨張した後に、蒸発器である冷媒水熱交換器2の冷媒側流路に流入する。
The high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the refrigerant
冷媒水熱交換器2に流入した低圧二相冷媒は、ここで蒸発して冷媒水熱交換器2の水側流路を流動する水から気化熱を吸熱して水を冷却し、冷媒自身は過熱されて冷媒水熱交換器2を流出し、圧縮機1へ戻る。
The low-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the refrigerant
一方、水回路20において、ポンプ21から吐出された水は、冷媒水熱交換器2において冷媒水熱交換器2の冷媒側流路で蒸発する冷媒と熱交換して冷却され冷水となる。
On the other hand, in the
制御装置30は、入口温度センサ27、第1出口温度センサ28a、第2出口温度センサ28b、第3出口温度センサ28cによる検出温度によって、送風機24の運転有無、第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、および第3流量調整弁23cを通過する水流量を制御する。
The
第1熱交換器22aに冷水が流入した場合、冷水から空気へ対流熱伝達で冷却されることにより、冷風が生成され、車室内の冷房を行い、水自身は空気との熱交換によって水温が低下して第1熱交換器22aから流出する。
When cold water flows into the
また、車室内の座席シートの内部に設置された第2熱交換器22bに流入した場合、在席者の体温より低い冷水が、熱伝導により座席シート、および座席シート在席者に冷熱を伝え、在席者の暖房快適性を高め、水自身は座席シートや在席者との熱交換によって水温が上昇して第2熱交換器22bから流出する。
In addition, when flowing into the
さらに、車室内のドア内面パネルに設置された第2熱交換器22bに流入した場合、在席者の体温より低い冷水により冷却されたドア内面パネルから、輻射により座席シート在席者に冷熱を伝え、在席者の冷房快適性を高め、水自身は輻射により座席シート在席者に冷熱を伝えることよって水温が上昇して第3熱交換器22cから流出する。
Furthermore, when it flows into the
以上、各熱交換器22a〜22cから流出した水は集合後、ポンプ21へ戻る。
As mentioned above, the water which flowed out from each
次に、制御装置30は、送風機24の運転/停止、第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、および第3流量調整弁23cの開度制御を繰り返して行うものであり、図4に示すフローチャートを参照して、冷房運転起動時の制御動作内容について詳細に説明する。
Next, the
まず、冷媒回路10による冷却運転を開始し(ステップS1)、水回路20における入口温度センサ27により入口水温Ti、および第1出口温度センサ28a、第2出口温度センサ28b、第3出口温度センサ28c各々により出口水温T1、出口水温T2、出口水温T3を検出する(ステップS2)。
First, the cooling operation by the
そして、入口水温Tiと、第2熱交換器22bの使用開始温度として予め設定された第1所定温度Ts1との大小関係を判定する(ステップS3)。
Then, the magnitude relationship between the inlet water temperature Ti and the first predetermined temperature Ts1 preset as the use start temperature of the
ステップS3において、入口水温Ti>第1所定温度Ts11の場合、水温が十分低下していないため、在席者の不快感を防止すべく、第2熱交換器22b、第3熱交換器22cでの冷房運転は行わず、送風機24を運転し、第1流量調整弁23aを微小開度に設定して、水回路20における水温が低下するまで水循環を継続する。
In step S3, when the inlet water temperature Ti> the first predetermined temperature Ts11, the water temperature is not sufficiently lowered. Therefore, the
すなわち、ステップS4に移行して、送風機:運転、第1流量調整弁23a:全閉から所定開度P1だけ開とし、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23c:全閉として、ステップS2へ戻る。
That is, the process proceeds to step S4, where the blower: operation, the first flow
このとき、第1流量調整弁23aの所定開度P1は、入口水温Tiと、第1出口温度センサ28aによる出口水温T1との差(Ti−T1)が所定温度差(負値)になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P1 of the first flow
一方、ステップS3において、入口水温Ti≦第1所定温度Ts11の場合、輻射パネルである第2熱交換器22bの使用を開始すべく、ステップS5に移行して、入口水温Tiと、熱伝導パネルである第3熱交換器22cの使用開始温度として予め設定された第2所定温度Ts22との大小関係を判定する。
On the other hand, when the inlet water temperature Ti ≦ the first predetermined temperature Ts11 in step S3, the process proceeds to step S5 to start using the
ステップS5において、入口水温Ti>第2所定温度Ts22の場合、輻射パネルを使用開始し、熱伝導パネルは未使用とすべく、ステップS6に移行して、輻射パネルである第2熱交換器22b用の第2流量調整弁23b:所定開度P2だけ開として、ステップS2へ戻る。
In step S5, when the inlet water temperature Ti> the second predetermined temperature Ts22, the radiation panel is started to be used, and the heat conduction panel is shifted to step S6 so that the heat conduction panel is not used, and the
このとき、第2流量調整弁23bの所定開度P2は、入口水温Tiと、第2出口温度センサ28bによる出口水温T2との差(Ti−T2)が所定温度差(負値)になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P2 of the second flow
一方、ステップS5において、入口水温Ti≦第2所定温度Ts22の場合、熱伝導パネルである第3熱交換器22cの使用を開始すべく、ステップS7に移行して、入口水温Tiと、送風機24の運転を伴う第1熱交換器22aの使用開始温度として予め設定された第3所定温度Ts3との大小関係を判定する。
On the other hand, when the inlet water temperature Ti ≦ second predetermined temperature Ts22 in step S5, the process proceeds to step S7 to start using the
ステップS7において、入口水温Ti>第3所定温度Ts33の場合、熱伝導パネルを使用開始し、第1熱交換器22aでの冷房運転は未使用とすべく、ステップS8に移行して、輻射パネルである第3熱交換器22c用の第3流量調整弁23c:所定開度P3だけ開として、ステップS2へ戻る。
In step S7, when the inlet water temperature Ti> the third predetermined temperature Ts33, the heat conduction panel is started to be used, and the cooling operation in the
このとき、第3流量調整弁23cの所定開度P3は、入口水温Tiと、第3出口温度センサ28cによる出口水温T3との差(Ti−T3)が所定温度差(負値)になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P3 of the third flow
一方、ステップS7において、入口水温Ti≦第3所定温度Ts33の場合、第1熱交換器22aでの冷房運転を開始すべく、ステップS9に移行して、送風機:運転、第1流量調整弁23a:所定開度P4だけ開として、冷房起動制御を終了する。
On the other hand, when the inlet water temperature Ti ≦ the third predetermined temperature Ts33 in step S7, the process proceeds to step S9 to start the cooling operation in the
このとき、第1流量調整弁23aの所定開度P4は、入口水温Tiと、第1出口温度センサ28aによる出口水温T1との差(Ti−T1)が所定温度差(負値)になるように設定されるものとする。
At this time, the predetermined opening degree P4 of the first flow
ここでは、各熱交換器22a〜22c用に予め設定された第1所定温度Ts11、第2所定温度Ts22、第3所定温度Ts33の大小関係は、第1所定温度Ts11>第2所定温度Ts22>第3所定温度Ts33として、輻射、熱伝導、対流の順で低くなるように設定している。
Here, the magnitude relationship among the first predetermined temperature Ts11, the second predetermined temperature Ts22, and the third predetermined temperature Ts33 set in advance for each of the
以上説明したように、本実施形態において冷房運転を行う場合、冷媒水熱交換器2から流出する水の温度が、人体温度付近である第1所定温度Ts11超の場合は、第1熱交換器22aの第1流量調整弁23aを所定開度P1だけ開とし、送風機24による送風を行い、かつ、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23cを閉とすることにより、水温が低下するまで温水の循環を継続できる。
As described above, when performing the cooling operation in the present embodiment, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant
つぎに、冷媒水熱交換器2から流出する水の温度が、第1所定温度Ts11以下で、かつ、第3熱交換器22cの使用開始温度である第2所定温度Ts22超の場合、第2流量調整弁23bを所定開度P2だけ開とすることにより、在席者の体温より低い冷水により冷却されたドア内面パネルから、冷輻射により座席シート在席者から温熱を奪い、在席者を局所的に涼しくすることができ、比較的温度の高い冷水を有効に利用しながら、冷房運転起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
Next, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant
また、冷媒水熱交換器2から流出する水の温度が、第2所定温度Ts2未満で、かつ、第1熱交換器22aの使用開始温度である第3所定温度Ts3超の場合、第3流量調整弁23cを所定開度P3だけ開とすることにより、熱伝導により座席シート等を介して在席者を局所的に冷やすことができ、比較的温度の低い冷水を有効に利用しながら、冷房運転起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
When the temperature of the water flowing out from the refrigerant
さらに、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第3所定温度Ts3未満の場合、第1流量調整弁23aを所定開度P4だけ開とし、送風機24を運転して第1熱交換器22aへ送風することにより、水温が十分上昇し、人体温度より十分低い温度の空気を吹き出せるため、冷房運転起動時の在席者の快適性向上を図ることができる。
Furthermore, when the temperature of the water flowing out from the refrigerant water heat exchanger is lower than the third predetermined temperature Ts3, the first flow
すなわち、第1熱交換器22aによる車室内の対流による全体冷房運転と、同時に熱伝導を利用した第2熱交換器22b、および冷輻射を利用した第3熱交換器22cによる局所冷房運転を併用でき、快適性をさらに向上させることが可能となる。
That is, the entire cooling operation by convection in the passenger compartment by the
なお、実施の形態2の図4のステップS4において、送風機:停止、第1流量調整弁23a:全閉から所定開度P1だけ開とし、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23c:全閉としてもよい。この場合には、吹出し空気温度が高く、なまぬるい空気が吹き出すため、在席者に不快感を与えることを防止できる。この結果、水温が低下するまで第1熱交換手段から温風が吹き出すことを防止しながら、第2熱交換手段の熱伝導、または、輻射伝熱の作用により、比較的温度の高い冷水を有効に利用しながら、在席者の清涼感を向上させることができる。
In step S4 in FIG. 4 of the second embodiment, the blower is stopped, the first flow
また、実施の形態1の図1、および、実施の形態2の図3では、各熱交換器22a〜22cへの水流量を調整するための流量調整手段として、第1流量調整弁23a、第2流量調整弁23b、第3流量調整弁23cのように、開度調整可能な弁としているが、流量調整弁の代わりに開閉弁として、開閉時間を制御するようにしてもよい。
Further, in FIG. 1 of the first embodiment and FIG. 3 of the second embodiment, the first flow
また、各熱交換器22a〜22c用に予め設定された第1所定温度Ts1、第2所定温度Ts2、第3所定温度Ts3の大小関係は、暖房時に、輻射、熱伝導、対流の順で高くなるように、冷房時に、輻射、熱伝導、対流の順で低くなるように設定しているが、輻射と熱伝導の大小関係については温度レベルによっては逆の関係にしてもよい。
The magnitude relationship among the first predetermined temperature Ts1, the second predetermined temperature Ts2, and the third predetermined temperature Ts3 set in advance for each of the
以上のように、本発明にかかる車両用液体循環システムは、冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができるので、水を冷却・加熱し、その水を冷房・暖房に利用する車両用冷暖房装置に特に有用である。 As described above, the vehicle liquid circulation system according to the present invention can reduce energy required for cooling and heating, so that so-called energy saving can be improved, so that water is cooled and heated, and the water is cooled and heated. It is particularly useful for a vehicle air conditioning apparatus to be used.
1 圧縮機
2 冷媒水熱交換器
3 膨張弁
4 冷媒空気熱交換器
10 冷媒回路
20 水回路
21 ポンプ
22a 第1熱交換器
22b 第2熱交換器
22c 第3熱交換器
23a 第1流量調整弁
23b 第2流量調整弁
23c 第3流量調整弁
24 送風機
30 制御装置
50 車両用液体循環システム
DESCRIPTION OF
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