JP2012121361A - Vehicle air-conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両用空調装置に関し、特にヒートポンプ式の車両用冷暖房装置として好適な空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner, and more particularly to an air conditioner suitable as a heat pump type vehicle air conditioner.
自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒循環通路に配置して構成される。そして、このような冷凍サイクルの運転状態に応じた冷媒循環通路の切り替えや冷媒流量の調整等のために種々の制御弁が設けられている（例えば特許文献１参照）。このような制御弁として、冷媒から受ける圧力による力とそれに対抗するスプリングの付勢力とのバランスにより弁部が開閉される機械弁や、外部から電気的に開度を調整するためのアクチュエータを備える電気駆動弁が適宜用いられる。 An automobile air conditioner is generally configured by arranging a compressor, a condenser, an evaporator, and the like in a refrigerant circulation passage. Various control valves are provided for switching the refrigerant circulation passage and adjusting the refrigerant flow rate according to the operating state of the refrigeration cycle (see, for example, Patent Document 1). As such a control valve, a mechanical valve that opens and closes a valve portion by a balance between a force due to a pressure received from the refrigerant and a biasing force of a spring that opposes the actuator, and an actuator for electrically adjusting the opening degree from the outside. Electrically driven valves are used as appropriate.
ところで、このような各種制御弁のうち機械弁は、冷媒の状態に応じて弁部の開閉やその開度の調整を自律的に行うものであるため、電気駆動弁のような応答性は得られ難い。例えば、温度式膨張弁などは冷媒の温度や圧力を感知して弁開度を調整するため、その冷媒の温度によっては閉弁状態が維持され、冷媒循環通路を遮断してしまう。このため、その膨張弁の閉弁状態においても所定流量の冷媒循環を確保すべき運転モードを有する冷凍サイクルを設計する場合、膨張弁にオリフィス通路を設けるなどの手段を講じる必要がある。しかしながら、そうしたオリフィス通路を設けた場合、逆に膨張弁での冷媒流量を極少に絞ったり、冷媒循環を確実に停止させる運転モードの実行が困難となる。このため、機械弁を配置した冷凍サイクルにおいて、冷媒の循環状態を最適化するのが難しいといった問題があった。 By the way, among these various control valves, the mechanical valve autonomously opens and closes the valve part and adjusts the opening degree according to the state of the refrigerant, so that the responsiveness like an electrically driven valve is obtained. It's hard to be done. For example, since a temperature type expansion valve or the like senses the temperature and pressure of the refrigerant and adjusts the valve opening degree, the closed state is maintained depending on the temperature of the refrigerant, and the refrigerant circulation passage is blocked. For this reason, when designing a refrigeration cycle having an operation mode in which a predetermined amount of refrigerant circulation should be ensured even when the expansion valve is closed, it is necessary to take measures such as providing an orifice passage in the expansion valve. However, when such an orifice passage is provided, conversely, it becomes difficult to execute the operation mode in which the refrigerant flow rate at the expansion valve is reduced to a minimum or the refrigerant circulation is stopped reliably. For this reason, in the refrigerating cycle which has arrange | positioned the mechanical valve, there existed a problem that it was difficult to optimize the circulation state of a refrigerant | coolant.
本発明の目的の一つは、車両用空調装置における冷媒循環通路を確保し、運転状態に応じて冷媒の循環状態を適切かつ安定に切り替えられるようにすることにある。 One of the objects of the present invention is to secure a refrigerant circulation passage in a vehicle air conditioner so that the refrigerant circulation state can be switched appropriately and stably in accordance with the operating state.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用空調装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる凝縮器と、凝縮器から導出された冷媒を蒸発させる蒸発器と、凝縮器および蒸発器の少なくとも一方の下流側に設けられ、その弁部の上流側または下流側の冷媒の温度と圧力を感知して弁開度を調整する制御弁と、制御弁が開閉する主通路を迂回するバイパス通路を内部に有し、その弁部の上流側と下流側との差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁してバイパス通路を開放する差圧弁と、を備える。 In order to solve the above problems, a vehicle air conditioner according to an aspect of the present invention is derived from a compressor that compresses and discharges a refrigerant, a condenser that dissipates heat from the refrigerant discharged from the compressor, and the condenser. An evaporator that evaporates the refrigerant, and a control that is provided on the downstream side of at least one of the condenser and the evaporator and senses the temperature and pressure of the refrigerant upstream or downstream of the valve unit to adjust the valve opening It has a bypass passage that bypasses the main passage that opens and closes the valve and the control valve, and opens and bypasses when the differential pressure between the upstream and downstream sides of the valve section becomes larger than the set differential pressure. A differential pressure valve that opens the passage.
この態様によると、冷媒の温度と圧力を感知して弁開度を自律的に調整する機械式の制御弁が設けられる車両用空調装置において、その制御弁が開閉する主通路を迂回するバイパス通路を内部に有する差圧弁が設けられる。すなわち、制御弁が閉弁状態にあっても、差圧弁の上流側と下流側との差圧（「前後差圧」ともいう）が設定差圧よりも大きくなると、その差圧弁がバイパス通路を開放して冷媒循環を確保する。一方、その前後差圧が設定差圧よりも小さい状態においては差圧弁がバイパス通路を遮断するため、制御弁の開度を極少にするなど弁部の絞り量を調整したり、冷媒循環そのものを遮断することも可能となる。すなわち、車両用空調装置における冷媒循環通路を確保し、運転状態に応じて冷媒の循環状態を適切かつ安定に切り替えることが可能となる。 According to this aspect, in the vehicle air conditioner provided with a mechanical control valve that autonomously adjusts the valve opening degree by sensing the temperature and pressure of the refrigerant, the bypass passage that bypasses the main passage that the control valve opens and closes Is provided inside. That is, even if the control valve is closed, if the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the differential pressure valve (also referred to as “front-rear differential pressure”) becomes larger than the set differential pressure, the differential pressure valve will bypass the bypass passage. Open to ensure refrigerant circulation. On the other hand, when the differential pressure before and after the differential pressure is smaller than the set differential pressure, the differential pressure valve shuts off the bypass passage. It can also be shut off. That is, it is possible to secure a refrigerant circulation passage in the vehicle air conditioner and switch the refrigerant circulation state appropriately and stably according to the operating state.
本発明によれば、車両用空調装置における冷媒循環通路を確保し、運転状態に応じて冷媒の循環状態を適切かつ安定に切り替えることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refrigerant | coolant circulation channel | path in a vehicle air conditioner can be ensured, and the circulation state of a refrigerant | coolant can be switched appropriately and stably according to a driving | running state.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態に係る車両用空調装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用空調装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle air conditioner according to an embodiment. In the present embodiment, the vehicle air conditioner of the present invention is embodied as an air conditioner for an electric vehicle.
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、室外熱交換器５、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。冷媒循環回路には、冷暖房を適切に制御するための各種制御弁が配設されている。
The
車両用冷暖房装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、室外熱交換器５は、冷房運転時においては室外凝縮器として機能し、暖房運転時には室外蒸発器として機能する。
The
具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２を介して室外熱交換器５の一方の出入口に接続されている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。第２通路２２と第３通路２３とはバイパス通路２５により接続され、室内凝縮器３から導出された冷媒の少なくとも一部を室外熱交換器５を迂回させるようにして蒸発器７へ供給可能となっている。
Specifically, the discharge chamber of the
バイパス通路２５には、大口径の第１弁４２が設けられている。バイパス通路２５は、第１弁４２の下流側にて分岐し、第１分岐通路２７、第２分岐通路２８、第３分岐通路２９となっている。第１分岐通路２７には、第１弁４２を通過した冷媒の中間圧力Ｐｐが満たされる。第２分岐通路２８には、第１弁４２よりも小さな小口径の第２弁４４が設けられている。第１弁４２と第２弁４４とは連動可能に構成されているが、その具体的構成については後述する。第３分岐通路２９には過冷却度制御弁４６が設けられている。第１分岐通路２７と第３通路２３との合流点には、差圧弁４８が設けられている。第２分岐通路２８は差圧弁４８の上流側にて第３通路２３に接続され、第３分岐通路２９は差圧弁４８の下流側にて第３通路２３に接続されている。本実施形態においては、第１弁４２、第２弁４４、過冷却度制御弁４６および差圧弁４８が、共通のボディに組み込まれた制御弁ユニット６を構成する。この制御弁ユニット６の具体的構成については後述する。
The
また、第２通路２２のバイパス通路２５との分岐点よりも下流側には第２の分岐点が設けられ、アキュムレータ８の入口につながるバイパス通路２６が設けられている。その第２の分岐点には、冷媒循環通路を切り替えるための切替弁３２が設けられている。さらに、第３通路２３と第４通路２４とをつなぐバイパス通路３０が設けられ、バイパス通路３０と第４通路２４との合流点には、冷媒循環通路を切り替えるための切替弁３４が設けられている。
Further, a second branch point is provided downstream of the branch point of the
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
The
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
The
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
The
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
The
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置として機能する制御弁の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。
The evaporator 7 is arrange | positioned in a vehicle interior, and functions as an indoor evaporator which evaporates the refrigerant | coolant which passes the inside. That is, the refrigerant having a low temperature and a low pressure due to the passage of the control valve functioning as the expansion device evaporates when passing through the evaporator 7. The air introduced from the upstream side of the
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に上流側から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
The
切替弁３２は、第２通路２２を開閉する第１弁部と、バイパス通路２６を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するアクチュエータとを備える三方弁からなる。第１弁部は、室内凝縮器３から第２通路２２を介して室外熱交換器５へ流れる冷媒の流量を調整する。第２弁部は、室外熱交換器５からバイパス通路２６を介してアキュムレータ８へ流れる冷媒の流量を調整する。本実施形態では、切替弁３２として、ステッピングモータの駆動により各弁部の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁部の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
The switching
切替弁３４は、第４通路２４を開閉する第１弁部と、バイパス通路３０を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するアクチュエータとを備える三方弁からなる。第１弁部は、蒸発器７から第４通路２４を介してアキュムレータ８へ流れる冷媒の流量を調整する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５からバイパス通路３０を介したアキュムレータ８への冷媒の流れを許容する。本実施形態では、切替弁３４として、ステッピングモータの駆動により各弁部の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁部の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
The switching
第１弁４２および第２弁４４は、共通のアクチュエータである１つのステッピングモータにより駆動され、その開度が調整される比例弁として構成されている。第１弁４２は、バイパス通路２５の上流部の開度を調整する。第２弁４４は、第２分岐通路２８の開度を調整する。
The
過冷却度制御弁４６は、室外熱交換器５から導出された冷媒や、バイパス通路２５を介して供給された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７側に導出する膨張弁として機能する。過冷却度制御弁４６は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。また、暖房運転時において室内凝縮器３の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過冷却度制御弁４６として、その上流側（冷房運転時においては室外熱交換器５の出口側であり、暖房運転時（除湿制御を行う特定暖房運転時）において室内凝縮器３の出口側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。
The supercooling
過冷却度制御弁４６は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４６は閉弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４６は、その入口（室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。
The supercooling
過冷却度制御弁４６は、また、特定暖房運転時においてバイパス通路２５が開放されると、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４６は閉弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４６は、その入口（室内凝縮器３の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。過冷却度制御弁４６の具体的構成については後述する。
When the
差圧弁４８は、その前後差圧が設定された開弁差圧（設定差圧）以上となったときに開弁する機械式の弁として構成される。差圧弁４８の弁体にはオリフィスが形成され、過冷却度制御弁４６が閉弁状態にあっても前後差圧が大きくなることで開弁し、室外熱交換器５から蒸発器７への所定流量の冷媒の流れを確保する。本実施形態において、この「設定差圧」は、冷房運転時において差圧弁４８に作用する前後差圧よりも小さく、暖房運転時において差圧弁４８に作用する前後差圧よりも大きくなる値に設定されている。これにより、車両用冷暖房装置１の起動時の冷媒循環を確保するために過冷却度制御弁４６等に所定流量の冷媒の流れを許容するオリフィス等を設ける必要がなくなるとともに、前後差圧が設定差圧よりも小さい状態において室外熱交換器５から蒸発器７への冷媒の流れを確実に遮断することも可能となる。差圧弁４８は、オリフィスを開閉する第１弁部と、第３通路２３と第１分岐通路２７との連通路を開閉する第２弁部とを有する。本実施形態では後述のように、これら第１弁部と第２弁部とが同時に開閉する。
The
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１００は、切替弁３２，切替弁３４，第１弁４２，第２弁４４などの開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
The
制御部１００は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて各制御弁の設定開度を決定し、その開度がその設定開度となるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。制御部１００による制御により、図示のように、第１弁４２の上流側は上流側圧力Ｐ１となり、第１弁４２の下流側は中間圧力Ｐｐとなる。また、第２弁４４の下流側は中間圧力Ｐ２となり、過冷却度制御弁４６の下流側は下流側圧力Ｐ３となる。
The
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は除湿運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は除霜運転時の状態を示している。ここでいう「除湿運転」は、車室内の除湿をメインとして運転状態であり、「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。 Next, operation | movement of the refrigerating cycle of this embodiment is demonstrated. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the operation of the vehicle air conditioner. (A) shows the state during cooling operation, (B) shows the state during dehumidification operation, (C) shows the state during specific heating operation, (D) shows the state during heating operation, E) shows a state during the defrosting operation. The “dehumidification operation” here is an operation state mainly for dehumidification in the passenger compartment, and the “specific heating operation” is an operation state in which the function of dehumidification is particularly enhanced in the heating operation.
各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｉはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。
The upper part of each figure shows a Mollier diagram for explaining the operation of the refrigeration cycle. The horizontal axis represents enthalpy, and the vertical axis represents various pressures. The lower part of each figure shows the operating state of the refrigeration cycle. Thick lines and arrows in the figure indicate the flow of the refrigerant, and symbols a to i correspond to those in the Mollier diagram. Further, “x” in the figure indicates that the flow of the refrigerant is blocked. The lower part of the figure corresponds to FIG. 1, but is simplified for convenience, for example, illustration of the
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、切替弁３２において第１弁部が全開状態にされ、第２弁部は閉弁される。また、切替弁３４において第１弁部が全開状態にされ、第２弁部は閉弁される。このとき、差圧弁４８は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）が開弁差圧よりも大きくなるため、第１分岐通路２７とオリフィス通路の双方を全開状態にする。一方、第１弁４２および第２弁４４は閉弁状態とされる。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は室外熱交換器５に導かれるようになる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、切替弁３２、室外熱交換器５、差圧弁４８、過冷却度制御弁４６、蒸発器７、切替弁３４、アキュムレータ８を経由する冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
As shown in FIG. 2A, during the cooling operation, the first valve portion of the switching
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が過冷却度制御弁４６にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４６は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。
That is, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
図２（Ｂ）に示すように、除湿運転時においては、切替弁３２の開度が調整されて差圧制御が実行される。このとき、切替弁３２には前後差圧ΔＰが発生する。その結果、室内凝縮器３の凝縮圧力（凝縮温度）が、室外熱交換器５の凝縮圧力（凝縮温度）よりも高く維持され、車室内の温度が必要以上に低下することが抑制される。具体的には、ドライバの足元の温度をある程度高く維持することができる。また、この場合も、過冷却度制御弁４６は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。
As shown in FIG. 2B, during the dehumidifying operation, the opening degree of the switching
図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、切替弁３２において第１弁部が閉弁され、第２弁部が開弁される。また、切替弁３４においては第１弁部が開弁され、第２弁部は閉弁される。一方、第１弁４２および第２弁４４がともに開弁され、その開度が調整される。差圧弁４８は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）が開弁差圧よりも小さくなるため、第２分岐通路２８とオリフィス通路の双方を閉じる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、第１弁４２、過冷却度制御弁４６、蒸発器７、切替弁３４、アキュムレータ８を経由する冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、第１弁４２、第２弁４４、室外熱交換器５、切替弁３２、アキュムレータ８を経由する冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
As shown in FIG. 2C, during the specific heating operation, the first valve portion is closed and the second valve portion is opened in the switching
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される（ｂ点→ｃ点）。そして、過冷却度制御弁４６にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒となり（ｃ点→ｆ点）、蒸発器７にて蒸発する（ｆ点→ｇ点）。一方、第２弁４４にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する（ｅ点→ｄ点）。このとき、過冷却度制御弁４６は、室内凝縮器３の出口側（ｃ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。
That is, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
このとき、制御部は、室外熱交換器５による熱吸収と蒸発器７による除湿とを適正に行うべく、室外熱交換器５における冷媒の蒸発量と蒸発器７における冷媒の蒸発量との比率を適正に調整する。そのために、例えば切替弁３４の第１弁部を全開状態とし、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となるよう切替弁３２の第２弁部を開閉制御する。このとき、蒸発圧力Ｐｅは、圧縮機２の吸入圧力Ｐｓに実質的に等しくなる。
At this time, the control unit ratio of the refrigerant evaporation amount in the
すなわち、差圧ΔＰが大きくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、差圧ΔＰが小さくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部は、その差圧ΔＰが適正となるように制御することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、本実施形態では、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏを室外熱交換器５の入口側の温度Ｔｏを検出することで特定する。また、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅを蒸発器７の入口側の温度Ｔｅを検出することで特定する。
That is, when the differential pressure ΔP increases, the evaporation amount in the
なお、運転状態によっては室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏよりも蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅを高く設定する場合もある。その場合には、切替弁３２の第２弁部を全開状態とし、蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となるよう切替弁３４の第１弁部を開閉制御する。このとき、蒸発圧力Ｐｏは、圧縮機２の吸入圧力Ｐｓに実質的に等しくなる。
Depending on the operating state, the evaporation pressure Pe of the evaporator 7 may be set higher than the evaporation pressure Po of the
図２（Ｄ）に示すように、暖房運転時においては、切替弁３２において第１弁部が閉弁され、第２弁部が全開状態にされる。また、切替弁３４においては第１弁部が開弁され、第２弁部は閉弁される。一方、第１弁４２および第２弁４４がともに開弁され、その開度が調整される。このとき、第２弁４４の開度は特定暖房運転時（図２（ｃ）参照）よりも大きくされる。その結果、第２弁４４の開度が大きくなるにつれて過冷却度制御弁４６の上流側の過冷却度が小さくなり、過冷却度制御弁４６が閉弁状態となる。差圧弁４８は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）が開弁差圧よりも小さくなるため、第２分岐通路２８とオリフィス通路の双方を閉じる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１弁４２、第２弁４４、室外熱交換器５、切替弁３２、アキュムレータ８を経由する冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
As shown in FIG. 2 (D), during the heating operation, the first valve portion is closed and the second valve portion is fully opened in the switching
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される（ｂ点→ｃ点）。そして、第２弁４４にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する（ｅ点→ｄ点）。
That is, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
また、車両が極寒の環境下におかれた場合などには、室外熱交換器５が凍結して空調制御の制御性を低下させてしまうことも想定される。このため、制御部１００は、外部情報に基づいて適宜除霜運転を実行する。この除霜運転において、制御部１００は、まずエアミックスドア１４を閉じて室内凝縮器３における熱交換を休止し、冷媒の温度低下を抑制する。このとき、蒸発器７にて熱交換が行われると車室内の温度が低下してしまうので、室内送風機１２の駆動も停止させる。
In addition, when the vehicle is placed in an extremely cold environment, it is assumed that the
すなわち、図２（Ｅ）に示すように、除霜運転時においては、切替弁３２において第１弁部が開弁され、第２弁部は閉弁される。また、切替弁３４においては第１弁部が閉弁され、第２弁部が開弁される。一方、第１弁４２および第２弁４４はともに閉弁される。なお、除霜運転時において室外熱交換器５と外部の空気との熱交換を抑制するために、室外熱交換器５に外気（風）が当たることを抑制するシャッタ等を設けてもよい。
That is, as shown in FIG. 2 (E), during the defrosting operation, the first valve portion is opened and the second valve portion is closed in the switching
このとき、切替弁３２は差圧制御を実行する。その結果、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、切替弁３２の第１弁部を通過して室外熱交換器５に供給され、切替弁３４の第２弁部およびアキュムレータ８を経由して圧縮機２に戻る。その結果、ホットガスが室外熱交換器５に供給され続ける状態となり、除霜を確実に実行することが可能となる。除霜運転が安定した状態においては図示のように、室外熱交換器５から導出された冷媒は、アキュムレータ８に導入されることにより飽和蒸気線上に制御される（ｅ点）。
At this time, the switching
次に、制御弁ユニット６の具体的構成について説明する。図３は、集合弁の具体的構成を表す断面図である。
制御弁ユニット６は、共用のボディ１０２に第１弁４２、第２弁４４、過冷却度制御弁４６および差圧弁４８を組み付けた集合弁として構成されている。ボディ１０２は、円筒状に形成され、その上端開口部がモータユニット１０４により封止され、下端開口部が円盤状の封止部材１０６により封止されている。ボディ１０２の側部には、上方から導入ポート１１２、導入出ポート１１４、導出ポート１１６が設けられている。ボディ１０２の内部には、上方から第１弁４２、第２弁４４、差圧弁４８、過冷却度制御弁４６が配設されている。モータユニット１０４は、第１弁４２および第２弁４４の駆動部を構成する。すなわち、図示のように、第１弁４２および第２弁４４が電気駆動弁であるのに対し、過冷却度制御弁４６および差圧弁４８は機械弁となっている。
Next, a specific configuration of the
The
また、ボディ１０２には、冷媒通路を区画するための複数の通路形成部材が組み込まれている。すなわち、ボディ１０２の上半部には通路形成部材１２２が配設され、下半部には通路形成部材１２４が設けられている。通路形成部材１２２は、その軸線方向中央部に大口径の弁孔１３０と小口径の弁孔１３２とが同心状に設けられた二重管構造を有する。また、通路形成部材１２２の上半部には、大径の弁体１３４、小径の弁体１３６および弁作動体１３８が同軸状に配設されている。弁体１３４は、上流側から弁孔１３０に接離して第１弁４２を開閉する。弁体１３６は、上流側から弁孔１３２に接離して第２弁４４を開閉する。
The
弁孔１３０の上流側には高圧室６２が形成され、弁孔１３０と弁孔１３２との間には中間圧力室６４が形成され、弁孔１３２の下流側には中圧室６６が形成されている。高圧室６２は導入ポート１１２を介してバイパス通路２５の上流部に連通し、中間圧力室６４は第１分岐通路２７を構成し、中圧室６６は第２分岐通路２８を構成する（図１参照）。
A
モータユニット１０４は、ロータ１４０とステータ１４２とを含むステッピングモータとして構成されている。弁作動体１３８は、弁体１３４および弁体１３６をそれぞれ支持する一方、モータユニット１０４のロータ１４０に嵌合している。弁作動体１３８と弁体１３６との間には、弁体１３６を閉弁方向に付勢するスプリング１４４が介装されている。一方、弁体１３４とボディ１０２との間には、弁体１３４を閉弁方向に付勢するスプリング１４６が介装されている。弁作動体１３８は、弁体１３４に同軸状に挿通され、その下端部において弁体１３４を下方から支持する。
The
弁作動体１３８は、モータユニット１０４により回転駆動され、その回転力を並進力に変換する。すなわち、弁作動体１３８は回転により軸線方向に変位し、弁体１３４および弁体１３６を開閉方向に駆動する。制御部１００は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、ステータ１４２の励磁コイルに駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ１４０が回転し、弁作動体１３８が回転駆動されて小口径の第２弁４４および大口径の第１弁４２の開度が設定開度に調整される。
The
通路形成部材１２２の下部には、差圧弁４８が配設されている。すなわち、通路形成部材１２２の下半部の側面開口部に円筒状の弁座形成部材１５０が圧入されている。弁座形成部材１５０の内方には弁孔１５２が形成されている。弁座形成部材１５０の弁孔１５２と反対側端部が入口ポートを形成している。また、弁座形成部材１５０の内方には円板状の第１弁体１５３が設けられ、通路形成部材１２２の内方には円柱状の第２弁体１５４が摺動可能に支持されている。第１弁体１５３には通路形成部材１２２の内方に向けて弁体部１５５が突設されている。また、第１弁体１５３には、弁孔１５２と導入出ポート１１４とを連通させる連通孔が設けられている。
A
第２弁体１５４には、その軸線に沿って貫通するオリフィス通路１５６が設けられている。第２弁体１５４は、その軸線が通路形成部材１２２の軸線と直交するように支持され、第１弁体１５３に対向配置されている。また、第２弁体１５４の軸線方向中央の摺動部が、通路形成部材１２２の下部を中間圧力室６４と低圧室６８に区画している。通路形成部材１２２におけるその摺動部の下流側に出口ポートが形成されている。低圧室６８は、通路形成部材１２２の下端開口部を介して導出ポート１１６に連通する。第１弁体１５３は、弁座形成部材１５０の内方にて軸線方向に微少量変位可能に支持されている。
The
第２弁体１５４が弁孔１５２に接離することにより、第１弁体１５３がオリフィス通路１５６の一方の開口端部に接離する。すなわち、第１弁体１５３が第２弁体１５４（オリフィス通路１５６）に接離することにより第１弁部を開閉し、第２弁体１５４が弁孔１５２に接離することにより第２弁部を開閉する。第２弁体１５４と通路形成部材１２２との間には、第２弁体１５４を閉弁方向に付勢するスプリング１５８が介装されている。オリフィス通路１５６は、第２弁体１５４の開閉方向に延びるように形成されている。本実施形態では、第２弁体１５４が中央部で摺動するガイド孔の有効径と弁孔１５２の有効径とが等しくされているため、第２弁体１５４に作用する中間圧力Ｐｐの影響はキャンセルされる。すなわち、第２弁体１５４は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）を感知して動作するようになる。
When the
通路形成部材１２４は二重管構造を有し、その内方には過冷却度制御弁４６が配設されている。過冷却度制御弁４６は、上流側から導入された冷媒を絞り膨張する弁部と、その弁部を開閉駆動するパワーエレメント１６０を備えている。過冷却度制御弁４６は、プレス成形されたボディ１６２に弁体１６４を収容して構成される。ボディ１６２の下端部には、パワーエレメント１６０が一体に設けられている。ボディ１６２は、通路形成部材１２４の内管部に嵌合するようにして支持されている。ボディ１６２の上半部は縮径されており、その縮径部に弁孔１６６が形成されている。ボディ１６２の下半部には内外を連通させる入口ポートが設けられ、上半部には内外を連通させる出口ポートが設けられている。ボディ１６２の上端部はばね受けにより封止されて背圧室１６８が形成されている。そのばね受けと弁体１６４との間には、弁体１６４を開弁方向に付勢するスプリング１７０が介装されている。弁体１６４は、弁孔１６６の上流側から接離して弁部を開閉する。
The
パワーエレメント１６０は、通路形成部材１２４と封止部材１０６とに囲まれた圧力室１７２に配置されている。圧力室１７２は、通路形成部材１２４の外管部に形成された連通路１７４を介して中間圧力室６４に連通している。したがって、圧力室１７２にも中間圧力Ｐｐが導入される。上流側から連通路１７４に導かれた冷媒は、過冷却度制御弁４６の入口ポートに導かれる。弁孔１６６の下流側は低圧室６８となっている。
The
パワーエレメント１６０は、中空のハウジングと、ハウジング内を密閉空間と開放空間とに仕切るように配設されたダイアフラム１７６とを含んで構成されている。密閉空間には、基準ガスとして冷凍サイクルを循環する冷媒と類似する圧力−温度特性を有するガスと窒素ガスとの混合ガスが充填されている。また、弁体１６４を軸線方向に貫通するように連通路１７８が形成されており、入口ポートから導入された冷媒は、その連通路１７８を介して背圧室１６８にも導かれるようになっている。本実施形態では、弁体１６４の背圧室１６８における有効径と弁孔１６６の有効径とが等しくされているため、弁体１６４に作用する中間圧力Ｐｐの影響はキャンセルされる。
The
過冷却度制御弁４６によれば、上流側の過冷却度の制御状態において過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると、パワーエレメント１６０が低温を感知して開弁方向に動作する。その結果、弁開度が大きくなるため中間圧力Ｐｐが低くなり、過冷却度が小さくなる方向に変化する。逆に、過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、パワーエレメント１６０が高温を感知して閉弁方向に動作する。その結果、弁開度が小さくなるため中間圧力Ｐｐが高くなり、過冷却度が大きくなる方向に変化する。このようにして過冷却度が設定値ＳＣに保たれるようになる。
According to the supercooling
次に、制御弁ユニット６の動作について説明する。図４〜図６は、制御弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。図４は冷房運転時および除湿運転時の動作状態を示し、図５は特定暖房運転時の動作状態を示し、図６は暖房運転時の動作状態を示している。なお、既に説明した図３は、車両用冷暖房装置１の起動前の状態を示している。
Next, the operation of the
車両用冷暖房装置１の起動前においては、室外熱交換器５の出口側で過冷却が生じていないため、図３に示すように、過冷却度制御弁４６が閉弁状態となっている。また、第１弁４２および第２弁４４も閉弁状態とされる。このとき、差圧弁４８は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）が発生しないため、閉弁状態となる。
Before the
この状態から、例えば冷房運転のために車両用冷暖房装置１が起動されると、圧縮機２の動作により冷凍サイクル内に差圧が発生する。それにより、差圧弁４８の前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）がその開弁差圧よりも速やかに大きくなるため、図４に示すように、差圧弁４８が開弁状態となる。このとき、当初は過冷却度制御弁４６は閉弁状態となっているが、差圧弁４８のオリフィス通路１５６が開放されるため、冷媒循環通路は確保される。そして、冷房運転状態や除湿運転状態が安定すると、室外熱交換器５の出口側に過冷却が生じるため、図示のように過冷却度制御弁４６が開弁される。このとき、過冷却度制御弁４６は、その上流側（つまり室外熱交換器５の下流側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように自律的に弁開度を調整する。
From this state, for example, when the
特定暖房運転時においては、図５に示すように、モータユニット１０４の駆動により第１弁４２および第２弁４４が開弁され、その開度が制御される。このとき、過冷却度制御弁４６は、その上流側（つまり室内凝縮器３の下流側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように自律的に弁開度を調整する。一方、差圧弁４８は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）がその開弁差圧に満たないため、閉弁状態となる。
During the specific heating operation, as shown in FIG. 5, the
暖房運転時においては、図６に示すように、モータユニット１０４の駆動により第１弁４２および第２弁４４が開弁され、その開度が制御される。このとき、過冷却度制御弁４６は、第２弁４４の開度が大きくなるにつれて閉弁方向に動作する。一方、差圧弁４８は、その前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）がその開弁差圧に満たないため、閉弁状態となる。
During the heating operation, as shown in FIG. 6, the
なお、除霜運転時においては第１弁４２および第２弁４４が閉弁され、切替弁３４の第１弁部が閉弁され第２弁部が開弁される。その結果、過冷却度制御弁４６の上流側には過冷却が発生せず、差圧弁４８の前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）はほとんど発生しない。このため、過冷却度制御弁４６および差圧弁４８も閉弁状態となる。
During the defrosting operation, the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Nor.
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
In the above-described embodiment, an example in which the vehicle air conditioning apparatus according to the present invention is applied to an electric vehicle has been described. However, the present invention can be provided to an automobile equipped with an internal combustion engine or a hybrid automobile equipped with an internal combustion engine and an electric motor. Needless to say. In the above-described embodiment, an example in which an electric compressor is employed as the
上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、エンジンの冷却水を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１における圧縮機２と切替弁３２との間に熱交換器を設ける一方、ダクト１０内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から切替弁３２へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させることが可能となる。
In the said embodiment, the example which provides an indoor condenser as an auxiliary condenser was shown. In a modification, the auxiliary condenser may be configured as a heat exchanger provided separately from the outdoor heat exchanger. The heat exchanger may be disposed outside the passenger compartment, for example, and may perform heat exchange using engine coolant. Specifically, for example, a heat exchanger is provided between the
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ５ 室外熱交換器、 ６ 制御弁ユニット、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ４２ 第１弁、 ４４ 第２弁、 ４６ 過冷却度制御弁、 ４８ 差圧弁。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる凝縮器と、
前記凝縮器から導出された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記凝縮器および前記蒸発器の少なくとも一方の下流側に設けられ、その弁部の上流側または下流側の冷媒の温度と圧力を感知して弁開度を調整する制御弁と、
前記制御弁が開閉する主通路を迂回するバイパス通路を内部に有し、その弁部の上流側と下流側との差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁して前記バイパス通路を開放する差圧弁と、
を備えることを特徴とする車両用空調装置。 A compressor that compresses and discharges the refrigerant;
A condenser for radiating heat from the refrigerant discharged from the compressor;
An evaporator for evaporating the refrigerant derived from the condenser;
A control valve that is provided on the downstream side of at least one of the condenser and the evaporator and senses the temperature and pressure of the refrigerant on the upstream side or the downstream side of the valve unit to adjust the valve opening;
The bypass passage bypasses the main passage that opens and closes the control valve, and opens when the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the valve portion becomes larger than the set differential pressure, and the bypass passage A differential pressure valve that opens,
A vehicle air conditioner comprising:
上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとをつなぐ連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びる前記バイパス通路としてのオリフィスと、
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。 The differential pressure valve is
An inlet port for introducing the refrigerant from the upstream side, an outlet port for leading the refrigerant to the downstream side, a communication path connecting the inlet port and the outlet port, and a valve opened and closed to open or close the communication path A body including a part,
A valve body that operates in the opening and closing direction of the valve part while being supported by the body;
A biasing member that biases the valve body in a valve closing direction;
An orifice as the bypass passage formed so as to penetrate the valve body and extending in the opening and closing direction of the valve portion;
The vehicle air conditioner according to claim 1 or 2, further comprising:
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