JP2013068407A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクル10の室内凝縮器12の送風空気流れ上流側に補助加熱手段としてのPTCヒータ50を配置し、送風空気の温度を目標温度まで昇温させることができなくなった際に、PTCヒータ50に通電して室内凝縮器12へ流入する送風空気を加熱する。これにより、室内凝縮器12における冷媒凝縮温度を上昇させるとともに、圧縮機11の高段側圧縮行程における圧縮仕事量を増大させて、室内凝縮器12にて発揮される加熱能力を増大させることができるので、PTCヒータ50の消費する電力(電気エネルギ)を低減させることができる。
【選択図】図1
Description
図1〜図10により、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車の車両用空調装置1に適用している。この冷凍サイクル装置は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。従って、本実施形態の熱交換対象流体は送風空気である。
まず、ステップS7にて実行される冷房運転モードについて説明する。冷房運転モードでは、空調制御装置40が、高段側膨張弁13を全開状態とし、冷房用膨張弁22を減圧作用を発揮する絞り状態とし、さらに、中間圧側開閉弁16aを閉弁状態とし、低圧側開閉弁16bを開弁状態とし、冷房用開閉弁16cを閉弁状態とする。
次に、ステップS8にて実行される除湿暖房運転モードについて説明する。除湿暖房運転モードでは、高段側膨張弁13を全開状態あるいは絞り状態とし、冷房用膨張弁22を全開状態あるいは絞り状態とし、さらに、中間圧側開閉弁16aを閉弁状態とし、低圧側開閉弁16bを開弁状態とし、冷房用開閉弁16cを閉弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル10は、冷房運転モードと同様の図1の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
第1除湿暖房モードでは、高段側膨張弁13を全開状態とし、冷房用膨張弁22を絞り状態とする。このため、サイクル構成(冷媒流路)については、冷房運転モードと全く同様となるものの、エアミックスドア34が室内凝縮器12の空気通路を全開する最小開度となっている。
次に、第1除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度TAOが予め定めた第1基準温度よりも高くなった際には、第2除湿暖房モードが実行される。第2除湿暖房モードでは、高段側膨張弁13を絞り状態とし、冷房用膨張弁22の絞り開度を第1除湿暖房モードよりも増加させた絞り状態とする。
次に、第2除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度TAOが予め定めた第2基準温度よりも高くなった際には、第3除湿暖房モードが実行される。第3除湿暖房モードでは、高段側膨張弁13の絞り開度を第2除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨張弁22の絞り開度を第2除湿暖房モードよりも増加させる。
次に、第3除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度TAOが予め定めた第3基準温度よりも高くなった際には、第4除湿暖房モードが実行される。第4除湿暖房モードでは、高段側膨張弁13の絞り開度を第3除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨張弁22を全開状態とする。
次に、ステップS9にて実行される暖房運転モードの詳細を、図5〜図8を用いて説明する。なお、図5〜図8は、暖房運転モード時に実行される制御フローを示すフローチャートである。まず、図5のステップS91では、暖房運転モードにおける各膨張弁13、22、エアミックスドア34、冷媒流路切替手段16a〜16c等の制御状態を決定する。
一方、ステップS962にて、高段側膨張弁13の現在の弁開度が、最大弁開度よりも小さくなっていない(すなわち、現在の弁開度が、最大弁開度になっている)と判定された場合には、現在の値よりも弁開度を増加させることはできないので、現在の弁開度が維持されて、ステップS98へ戻る。
第1実施形態では、補助加熱手段としてPTCヒータ50を採用した例を説明したが、本実施形態では、図12の全体構成図に示すように、PTCヒータ50を廃止して、図示しない走行用電動モータおよび走行用電動モータに電力を供給するインバータを冷却する冷却水(熱媒体)を熱源として送風空気を加熱する補助加熱用熱交換器60を採用した例を説明する。
第1実施形態では、空調制御装置40がPTCヒータ50へ供給する電力(具体的には、電圧)を調整することで、PTCヒータ50の稼働状態をHi稼働モード、Lo稼働モードおよびOFFモードに切り替える例を説明したが、本実施形態では、PTCヒータ50として、複数本のPTCヒータを一体化したものを採用している。
上述の第1〜3実施形態では、高段側膨張弁13と、低段側固定絞り17と、高段側膨張弁13にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離し、分離された気相冷媒を中間圧ポート11b側へ流出させる気液分離器14とを備えた2段膨張型のガスインジェクションサイクルを構成しているが、本第4実施形態は、内部熱交換方式のガスインジェクションサイクルを構成するものであって、上記した高段側膨張弁13、低段側固定絞り17及び中間圧冷媒の気液分離器14を設けていない。
上述の第1〜4実施形態では、いずれも、補助加熱手段をなすPTCヒータ50、あるいは補助加熱用熱交換器60を室内凝縮器12の空気流れ上流側に配置する例について説明したが、第5実施形態では、補助加熱手段をなすPTCヒータ50を空気流れに対して室内凝縮器12と並列に配置する。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
11a 吸入ポート
11b 中間圧ポート
11c 吐出ポート
12 室内凝縮器(利用側熱交換器)
13 高段側膨張弁
14 気液分離器
17 低段側固定絞り
20 室外熱交換器
40a 加熱能力調整手段(加熱能力調整手段)
50 PTCヒータ(補助加熱手段)
60 補助加熱用熱交換器(補助加熱手段)
62 流量調整弁(加熱能力調整手段)
74 内部熱交換器
Claims (12)
- 吸入ポート(11a)から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート(11c)から高圧冷媒を吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート(11b)を有する圧縮機(11)と、
前記吐出ポート(11c)から吐出された高圧冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて、前記熱交換対象流体を加熱する利用側熱交換器(12)と、
前記利用側熱交換器(12)から流出した高圧冷媒のうち中間圧状態まで減圧された気相の中間圧冷媒を前記中間圧ポート(11b)に導く中間圧冷媒導入通路(15)と、
前記利用側熱交換器(12)から流出した高圧冷媒のうち低圧状態まで減圧された低圧冷媒を蒸発させて、前記吸入ポート(11a)側へ流出させる蒸発器(20)と、
前記熱交換対象流体を加熱する補助加熱手段(50、60)とを備え、
前記補助加熱手段(50、60)は、前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)よりも先に加熱するか、もしくは前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)と同時に加熱するように構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 吸入ポート(11a)から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート(11c)から高圧冷媒を吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート(11b)を有する圧縮機(11)と、
前記吐出ポート(11c)から吐出された高圧冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて、前記熱交換対象流体を加熱する利用側熱交換器(12)と、
前記利用側熱交換器(12)から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる高段側減圧手段(13)と、
前記高段側減圧手段(13)にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離し、分離された気相冷媒を前記中間圧ポート(11b)側へ流出させる気液分離手段(14)と、
前記気液分離手段(14)にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側減圧手段(17)と、
前記低段側減圧手段(17)にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、前記吸入ポート(11a)側へ流出させる蒸発器(20)と、
前記熱交換対象流体を加熱する補助加熱手段(50、60)とを備え、
前記補助加熱手段(50、60)は、前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)よりも先に加熱するか、もしくは前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)と同時に加熱するように構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 吸入ポート(11a)から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート(11c)から高圧冷媒を吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート(11b)を有する圧縮機(11)と、
前記吐出ポート(11c)から吐出された高圧冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて、前記熱交換対象流体を加熱する利用側熱交換器(12)と、
前記利用側熱交換器(12)から流出した高圧冷媒の冷媒通路を複数に分岐する冷媒分岐部(70)と、
前記冷媒分岐部(70)により分岐された一方の冷媒通路(71)に設けられ、前記利用側熱交換器(12)出口側の高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる第1減圧手段(72)と、
前記冷媒分岐部(70)により分岐された他方の冷媒通路(73)を通過する前記利用側熱交換器(12)出口側の高圧冷媒と、前記第1減圧手段(72)により減圧された中間圧冷媒との間で熱交換を行うとともに、前記熱交換を終えた前記中間圧冷媒を前記中間圧ポート(11b)側へ流出させる内部熱交換器(74)と、
前記内部熱交換器(74)での熱交換を終えた前記高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる第2減圧手段(75)と、
前記第2減圧手段(75)にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、前記吸入ポート(11a)側へ流出させる蒸発器(20)と、
前記熱交換対象流体を加熱する補助加熱手段(50、60)とを備え、
前記補助加熱手段(50、60)は、前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)よりも先に加熱するか、もしくは前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)と同時に加熱するように構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記補助加熱手段(50、60)は、前記利用側熱交換器(12)よりも前記熱交換対象流体の上流側部位に配置され、前記熱交換対象流体を前記利用側熱交換器(12)よりも先に加熱することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記補助加熱手段(50、60)は、前記熱交換対象流体の流れに対して前記利用側熱交換器(12)と並列に配置されて前記利用側熱交換器(12)と一体に構成され、これにより、前記補助加熱手段(50、60)と前記利用側熱交換器(12)が前記熱交換対象流体を同時に加熱することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 仮に、前記補助加熱手段(50、60)を前記利用側熱交換器(12)にて加熱された後の前記熱交換対象流体を加熱するように配置した状態で、前記利用側熱交換器(12)および前記補助加熱手段(50、60)の双方の加熱能力によって前記熱交換対象流体を目標温度まで昇温させる際に、前記補助加熱手段(50、60)に要求される最大加熱能力を基準加熱能力としたときに、
前記補助加熱手段(50、60)として、前記基準加熱能力よりも低い加熱能力を発揮するものが採用されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記補助加熱手段(50、60)における前記熱交換対象流体の加熱能力を調整する加熱能力調整手段(40a、62)を備え、
前記加熱能力調整手段(40a、62)は、前記利用側熱交換器(12)における冷媒圧力(Pd)が目標高圧(TPd)となるように前記補助加熱手段(50、60)の加熱能力を調整することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記補助加熱手段は、電力を供給されることによって発熱する電気ヒータ(50)であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記補助加熱手段は、外部熱源を冷却する熱媒体を熱源として前記熱交換対象流体を加熱する補助加熱用熱交換器(60)であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記補助加熱手段は、電力を供給されることによって発熱する電気ヒータ(50)であり、
前記加熱能力調整手段(40a)は、前記電気ヒータ(50)へ供給する電力量を調整することによって、前記電気ヒータ(50)の加熱能力を調整することを特徴とする請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記補助加熱手段は、外部熱源を冷却する熱媒体を熱源として前記熱交換対象流体を加熱する補助加熱用熱交換器(60)であり、
前記加熱能力調整手段(62)は、前記補助加熱用熱交換器(60)へ流入する熱媒体の流量を調整することによって、前記補助加熱用熱交換器(60)の加熱能力を調整することを特徴とすることを特徴とする請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記加熱能力調整手段(40a、62)は、前記熱交換対象流体の加熱能力向上のための冷凍サイクル側での能力向上制御が最大となっている状態で、前記熱交換対象流体の加熱能力不足が判定されたときに、前記補助加熱手段(50、60)を作動させることを特徴とする請求項7、10、11のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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