JP2013212768A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エバポレータ１４の凍結を防止して、除湿暖房モード運転を効率的に実施することができる車両用空調装置１０を提供する。
【解決手段】コンプレッサ２１により圧縮された熱交換媒体が流入して放熱する室内コンデンサ１６と、熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器２４と、熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行うエバポレータ１４と、を備えた車両用空調装置１０において、室内コンデンサ１６から流出した熱交換媒体を室外熱交換器２４に流入させる第１流路３１と、第１流路３１から分岐して熱交換媒体をエバポレータ１４に流入させる第２流路３６と、第２流路３６に設けられた除湿用電磁弁２８と、をさらに備え、エバポレータ１４の温度に応じて除湿用電磁弁２８を開閉する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用空調装置に関するものである。

電気自動車では、車室内の暖房にエンジンの冷却水を利用することができないため、ヒートポンプサイクルを利用した車両用空調装置が採用されている。特許文献１に記載された車両用空気調和装置では、複数の電磁弁の開閉切り替えにより、冷房、除湿冷房、暖房および除湿暖房の４つのモード運転を可能としている。

そのうち除湿暖房モードの運転では、圧縮機からの吐出冷媒は室内放熱器に流れ込み、その後に冷媒は分流され、冷媒の一部は電磁弁及び膨張弁を介して室内吸熱器に流れ込んで圧縮機に戻り、冷媒の他部は膨張弁を介して室外熱交換器に流れ込んで圧縮機に戻る。このとき、ブロアファンによる吸入空気は室内吸熱器で冷却され、且つ室内放熱器で加熱されて車室内に吹き出される。

実開平８−２８２２６２号公報

上述した車両用空気調和装置では、室外の温度が低くブロアファンによる吸入空気の温度が低い場合に、室内吸熱器で吸熱動作を続けると、室内吸熱器の温度が下がりすぎて、室内吸熱器に付着した凝縮水が凍結するという問題がある。その結果、室内吸熱器での吸熱効率が低下するので、除湿暖房モード運転が効率的に実施できなくなる。
上述した車両用空気調和装置では、この問題を解決するため、室内吸熱器の入口の膨張弁で冷媒の流量を調節することが考えられる。しかしながら、この場合には、膨張弁を絞った時に室内吸熱器の途中で冷媒がすべて蒸発してしまい、室内吸熱器の入口は温度が低く出口は温度が高くなる。このような温度差が発生すると、吸入空気中の水蒸気が凝結して霧となる場合がある。

そこで本発明は、室内熱交換器の凍結を防止して、除湿暖房モード運転を効率的に実施することができる車両用空調装置の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、コンプレッサ（例えば、実施形態でのコンプレッサ２１）により圧縮された熱交換媒体が流入して放熱する室内コンデンサ（例えば、実施形態での室内コンデンサ１６）と、前記熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器（例えば、実施の形態での室外熱交換器２４）と、前記熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行う室内熱交換器（例えば、実施の形態でのエバポレータ１４）と、を備えた車両用空調装置（例えば、実施形態での車両用空調装置１０）において、前記室内コンデンサから流出した前記熱交換媒体を前記室外熱交換器に流入させる第１流路（例えば、実施形態での第１流路３１）と、前記第１流路から分岐して前記熱交換媒体を前記室内熱交換器に流入させる第２流路（例えば、実施形態での第２流路３６）と、前記第２流路に設けられた除湿用電磁弁（例えば、実施形態での除湿用電磁弁２８）と、をさらに備え、前記室内熱交換器の温度に応じて前記除湿用電磁弁を開閉することを特徴とする。

この構成によれば、室内熱交換器の温度が低下した場合には、除湿用電磁弁を閉じることで、室内熱交換器に熱交換媒体が流れなくなり室内熱交換器の温度が上昇する。一方、室内熱交換器の温度が上昇した場合には、除湿用電磁弁を開けることで、室内熱交換器に熱交換媒体が流れて室内熱交換器の温度が低下する。これを繰り返すことにより、室内熱交換器の温度を、凍結温度以上であって除湿可能な低温に維持することができる。したがって、室内熱交換器の凍結を防止して、除湿暖房モード運転を効率的に実施することができる。

本発明によれば、室内熱交換器の温度に応じて除湿用電磁弁を開閉することで、室内熱交換器の温度を凍結温度以上であって除湿可能な低温に維持することができる。したがって、室内熱交換器の凍結を防止して、除湿暖房モード運転を効率的に実施することができる。

実施形態に係る車両用空調装置の構成図である。 （Ａ）は車両用空調装置の暖房モード運転の状態を示す図であり、（Ｂ）は冷房モード運転の状態を示す図である。 車両用空調装置の除湿暖房モード運転の状態を示す図である。 実施形態に係る車両用空調装置の除湿暖房モード運転の処理を示すフローチャートである。 エバポレータ温度と除湿用電磁弁の開閉との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置について添付図面を参照しながら説明する。

（車両用空調装置）
本実施形態による車両用空調装置１０は、例えば車両駆動源としての内燃機関を具備していない電動車両などに搭載され、ヒートポンプサイクルにより除湿暖房モード運転を実行可能な空調装置であって、図１に示すように、通風ダクト１１の上流側に設けられた空気導入口１１ａから下流側に設けられた空気吹出口１１ｂに向かい、順次、導入口開閉ドア１２と、送風機１３と、エバポレータ１４と、ダンパー１５と、室内コンデンサ１６と、を備えて構成されている。
さらに、車両用空調装置１０は、エバポレータ１４および室内コンデンサ１６を備えるヒートポンプサイクル１７と、制御装置１８と、エバポレータセンサ１９と、を備えて構成されている。

通風ダクト１１の空気導入口１１ａは、内気（車室内空気）および外気（車室外空気）を車両用空調装置１０の内部に導入可能に設けられている。
通風ダクト１１の空気吹出口１１ｂは、車両用空調装置１０の内部から車室内へ空気を送風可能に設けられている。

導入口開閉ドア１２は、例えば制御装置１８の制御により開閉制御され、通風ダクト１１内部への内気（車室内空気）および外気（車室外空気）の導入量を変更可能に設けられている。

送風機１３は、例えば制御装置１８の制御により印加される駆動電圧に応じて駆動し、空気導入口１１ａから導入された空気（内気および外気）を通風ダクト１１の上流側から下流側の空気吹出口１１ｂに向かい、つまりエバポレータ１４および室内コンデンサ１６に向けて送風する。

エバポレータ（室内熱交換器）１４は、内部に流入した低圧の熱交換媒体と車室内雰囲気との熱交換を行ない、例えば、熱交換媒体が蒸発する際の吸熱によって、通風ダクト１１内のエバポレータ１４を通過する空気を冷却する。

ダンパー１５は、例えば制御装置１８の制御により駆動するモータ（図示略）によって回動可能とされ、送風機１３の送風によってエバポレータ１４を通過した空気の風量のうち、室内コンデンサ１６に導入される風量と、室内コンデンサ１６を迂回して車室内へ排出される風量との風量割合を、開度（例えば、室内コンデンサ１６に向かう通風経路に対する開度）によって調整する。

室内コンデンサ１６は、内部に流入した高温かつ高圧の熱交換媒体によって放熱可能であって、例えば、通風ダクト１１内の室内コンデンサ１６に導入される空気を加熱する。

ヒートポンプサイクル１７は、例えば、コンプレッサ２１と、室内コンデンサ１６と、暖房用絞り弁２２と、冷房用電磁弁２３と、室外熱交換器２４と、三方弁２５と、気液分離器２６と、電子膨張弁２７と、除湿用電磁弁２８と、を備えて構成されている。

コンプレッサ２１は、例えば制御装置１８の制御により駆動するモータ（図示略）の駆動力によって駆動し、気液分離器２６から気相の熱交換媒体を吸入し、この熱交換媒体を圧縮して、高温かつ高圧の熱交換媒体を室内コンデンサ１６に吐出する。

室内コンデンサ１６は、第１流路３１によって室外熱交換器２４に接続されており、この第１流路３１の室内コンデンサ１６と室外熱交換器２４との間には、暖房用絞り弁２２と、冷房用電磁弁２３とが配置されている。

暖房用絞り弁２２は、いわゆる膨張弁であって、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体を膨張させ、低温かつ低圧で気液２相の噴霧状の熱交換媒体を室外熱交換器２４に吐出する。

冷房用電磁弁２３は、室内コンデンサ１６と室外熱交換器２４との間において室内コンデンサ１６側の第１分岐管３２ａおよび室外熱交換器２４側の第２分岐管３２ｂを介して暖房用絞り弁２２を迂回する迂回流路３２に設けられ、例えば制御装置１８により開閉制御される。
例えば、冷房用電磁弁２３は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には閉状態とされ、冷房モード運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は暖房用絞り弁２２を通過して低温かつ低圧の状態で室外熱交換器２４に流入する。
一方、冷房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は冷房用電磁弁２３を通過して高温の状態で室外熱交換器２４に流入する。

室外熱交換器２４は、例えば室外側のコンデンサであって、内部に流入した熱交換媒体と車室外雰囲気との熱交換を行なう。

例えば、室外熱交換器２４は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、内部に流入する低温かつ低圧の熱交換媒体によって車室外雰囲気から吸熱可能であって、例えば、車室外雰囲気からの吸熱によって熱交換媒体を昇温する。
一方、冷房モード運転の実行時には、内部に流入する高温の熱交換媒体によって車室外雰囲気へと放熱可能であって、例えば車室外雰囲気への放熱およびコンデンサーファン２４ａの送風によって熱交換媒体を冷却する。

三方弁２５は、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を気液分離器２６または電子膨張弁２７に切り換えて吐出するように、室外熱交換器２４と、気液分離器２６側の合流管３３と、電子膨張弁２７側の第３分岐管３４とに接続され、例えば制御装置１８により切換制御される。

例えば、三方弁２５は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を気液分離器２６側の合流管３３の流入口（図示略）に吐出する。
一方、冷房モード運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を電子膨張弁２７側の第３分岐管３４に吐出する。

気液分離器２６は、合流管３３の流出口（図示略）とコンプレッサ２１の吸入口（図示略）との間に接続され、合流管３３の流出口から流出した熱交換媒体の気液を分離し、気相の熱交換媒体をコンプレッサ２１に吸入させる。

電子膨張弁２７は、第３分岐管３４とエバポレータ１４の流入口（図示略）との間に接続され、例えば制御装置１８によって制御される弁開度に応じて、第３分岐管３４から流出した熱交換媒体を膨張させ、低温かつ低圧で気液２相の噴霧状の熱交換媒体をエバポレータ１４に吐出する。

エバポレータ１４は、電子膨張弁２７と合流管３３との間に接続され、第３分岐管３４に接続された流入口（図示略）と、合流管３３の流入口（図示略）に接続された流出口（図示略）とを備えている。

除湿用電磁弁２８は、第１流路３１の室内コンデンサ１６と第１分岐管３２ａとの間に設けられた第４分岐管３５によって第１流路３１から分岐して第３分岐管３４に接続される第２流路３６に設けられ、例えば制御装置１８により開閉制御される。
例えば、除湿用電磁弁２８は、暖房モード運転または冷房モード運転の実行時には閉状態とされ、除湿暖房モード運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房モード運転または冷房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は、第４分岐管３５を通過し第１流路３１のみを流通して室外熱交換器２４に向かう。
一方、除湿暖房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は第４分岐管３５において第１流路３１と第２流路３６とに分岐し、一方は第１流路３１を流通して室外熱交換器２４に向かい、他方は第２流路３６を流通して除湿用電磁弁２８と第３分岐管３４とを通過して電子膨張弁２７に向かう。

制御装置１８は、例えば、適宜のスイッチ（図示略）などを介して操作者により入力された指令信号と、エバポレータセンサ１９から出力された検出結果の信号となどに基づき、車両用空調装置１０の運転を制御し、暖房モード運転と冷房モード運転と除湿暖房モード運転との切り換えを制御する。

エバポレータセンサ１９は、例えば、通風ダクト１１内のエバポレータ１４の下流側の位置に配置され、エバポレータ１４を通過した空気の温度を検出し、検出結果の信号を制御装置１８に出力する。

本実施の形態による車両用空調装置１０は上記構成を備えており、次に、車両用空調装置１０の動作について説明する。

（暖房モード運転）
先ず、車両用空調装置１０の暖房モード運転時においては、例えば図２（Ａ）に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６に導入するように開状態とされ、冷房用電磁弁２３および除湿用電磁弁２８は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を合流管３３の流入口に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６における放熱によって通風ダクト１１内の空気を加熱する。
そして、熱交換媒体は、暖房用絞り弁２２によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気液２相（気相リッチ）の噴霧状で三方弁２５と合流管３３とを通過して気液分離器２６に流入する。
そして、熱交換媒体は、気液分離器２６において気液分離され、気相の熱交換媒体はコンプレッサ２１に吸入される。

（冷房モード運転）
また、車両用空調装置１０の冷房モード運転時においては、例えば図２（Ｂ）に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６を迂回させるように閉状態とされ、冷房用電磁弁２３は開状態かつ除湿用電磁弁２８は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を第３分岐管３４に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６と冷房用電磁弁２３とを通過して、室外熱交換器２４において車室外雰囲気へと放熱して、三方弁２５とを第３分岐管３４とを通過して電子膨張弁２７に流入する。
そして、熱交換媒体は、電子膨張弁２７によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を冷却する。
そして、気液２相（気相リッチ）の熱交換媒体は、合流管３３を通過して気液分離器２６に流入し、気液分離器２６において気液分離され、気相の熱交換媒体はコンプレッサ２１に吸入される。

（除湿暖房モード運転）
また、車両用空調装置１０の除湿暖房モード運転時においては、例えば図３に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６に導入するように開状態とされ、冷房用電磁弁２３は閉状態かつ除湿用電磁弁２８は開状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を合流管３３の流入口に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６における放熱によって通風ダクト１１内の空気（つまりエバポレータ１４を通過した空気）を加熱する。
そして、熱交換媒体は、第４分岐管３５において第１流路３１と第２流路３６とに分岐し、一方は第１流路３１を流通して室外熱交換器２４に向かい、他方は第２流路３６を流通して除湿用電磁弁２８と第３分岐管３４とを通過して電子膨張弁２７に向かう。

すなわち、一方の熱交換媒体は、第４分岐管３５から暖房用絞り弁２２に流入し、暖房用絞り弁２２によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気液２相（気相リッチ）の噴霧状で三方弁２５と合流管３３とを通過して気液分離器２６に流入する。

また、他方の熱交換媒体は、第４分岐管３５から電子膨張弁２７に流入し、電子膨張弁２７によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を露点まで冷却することで除湿して、気液２相（気相リッチ）の状態で合流管３３を通過して気液分離器２６に流入する。

（除湿暖房モード運転時の凍結防止制御）
上述した車両用空調装置の除湿暖房モード運転時には、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を露点まで冷却するので、エバポレータ１４の表面に凝縮水が付着する。また除湿暖房モード運転時は室外の温度が低く、送風機１３による吸入空気の温度が低いので、エバポレータ１４で吸熱動作を続けると、エバポレータ１４に付着した凝縮水が凍結するおそれがある。そこで本実施形態の車両用空調装置は、除湿暖房モード運転時に凍結防止制御を行う。

図４は、実施形態に係る車両用空調装置の凍結防止制御の処理を示すフローチャートである。本実施形態の凍結防止制御は、図４に示すフローチャートを繰り返し実施して、エバポレータ１４の温度を目標値（例えば２．０℃）付近に維持するものである。本実施形態の凍結防止運転方法は、除湿用電磁弁２８が開弁された除湿暖房モード運転中の状態からスタートする。除湿暖房モード運転を継続すると、エバポレータ１４の温度が徐々に低下する。

そこでまず、エバポレータセンサ１９によりエバポレータ１４を通過した空気の温度を測定し、制御装置１８に出力する。制御装置１８では、エバポレータセンサ１９から入力された温度情報に基づいて、エバポレータ１４の温度を検出する（Ｓ１０）。

次に制御装置１８は、エバポレータ１４の温度が、上限温度（目標値＋α）以下であるか判断する（Ｓ１２）。本実施形態の上限温度は、例えば２．５℃である。Ｓ１２の判断がＮｏの場合には、凝縮水凍結の可能性が小さい。そこで、除湿用電磁弁２８を開弁された状態に維持する（Ｓ１４）。

一方、Ｓ１２の判断がＹｅｓの場合はＳ１６に進む。次に制御装置１８は、エバポレータ１４の温度が、下限温度（目標値−α）以下であるか判断する（Ｓ１６）。本実施形態の下限温度は、例えば１．５℃である。Ｓ１６の判断がＮｏの場合は、除湿用電磁弁２８を開弁された状態に維持する（Ｓ１４）。

これに対して、Ｓ１６の判断がＹｅｓの場合は、凝縮水凍結の可能性が大きい。そこで、除湿用電磁弁２８を閉弁する（Ｓ１８）。除湿用電磁弁２８を閉弁することで、エバポレータ１４に熱交換媒体が供給されなくなり、エバポレータ１４が吸熱動作を停止して温度が上昇に転じる。これにより、エバポレータ１４における凝縮水の凍結を防止することができる。

同様に、図４のフローチャートをスタートから繰り返し実施する。エバポレータ１４の温度が上昇し、Ｓ１６の判断がＮｏになっても、除湿用電磁弁２８を閉弁された状態に維持する。エバポレータ１４の温度がさらに上昇し、Ｓ１２の判断がＮｏになった場合は、凝縮水凍結の可能性が小さくなるので、除湿用電磁弁２８を開弁する（Ｓ１４）。これにより、エバポレータ１４に熱交換媒体が供給され、エバポレータ１４が吸熱動作を開始して温度が低下に転じる。

図５は、ヒステリシス制御の説明図である。本実施形態では、エバポレータ温度の目標値を２．０℃とし、目標値を挟んだ設定幅（２α）を１．０℃としている。除湿用電磁弁２８が開弁された状態から、エバポレータ１４の温度が低下し、下限温度である１．５℃になると、除湿用電磁弁２８が閉弁される。これにより、エバポレータ１４の温度が上昇し、上限温度である２．５℃になると、除湿用電磁弁２８が開弁される。これにより、エバポレータ１４の温度が低下するので、図５のループを繰り返すことになる。その結果、エバポレータ温度は下限温度と上限温度との間を往復し、エバポレータ温度の平均値は目標値である２．０℃に維持される。これにより、エバポレータ温度が０℃を下回ることがないので、エバポレータに付着した凝縮水の凍結を防止することができる。しかも、除湿可能な低温に維持されるので、除湿暖房運転を効率的に実施することができる。
またヒステリシス制御を採用したので、除湿用電磁弁２８が短時間で開閉を繰り返す（ハンチングする）ことがない。したがって、除湿用電磁弁２８の故障を防止することができる。

以上に詳述したように、本実施形態の車両用空調装置１０は、コンプレッサ２１により圧縮された熱交換媒体が流入して放熱する室内コンデンサ１６と、熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器２４と、熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行うエバポレータ１４と、を備えた車両用空調装置１０であって、室内コンデンサ１６から流出した熱交換媒体を室外熱交換器２４に流入させる第１流路３１と、第１流路３１から分岐して熱交換媒体をエバポレータ１４に流入させる第２流路３６と、第２流路３６に設けられた除湿用電磁弁２８と、をさらに備え、エバポレータ１４の温度に応じて除湿用電磁弁２８を開閉する構成とした。

この構成によれば、エバポレータ１４の温度が低下した場合には、除湿用電磁弁２８を閉じることで、エバポレータ１４に熱交換媒体が流れなくなりエバポレータ１４の温度が上昇する。一方、エバポレータ１４の温度が上昇した場合には、除湿用電磁弁２８を開けることで、エバポレータ１４に熱交換媒体が流れてエバポレータ１４の温度が低下する。これを繰り返すことにより、エバポレータ１４の温度を、凍結温度以上であって除湿可能な低温に維持することができる。したがって、エバポレータ１４の凍結を防止して、除湿暖房モード運転を効率的に実施することができる。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、実施形態では除湿用電磁弁２８を開閉してエバポレータ１４の温度を制御する構成としたが、電子膨張弁２７を開閉してもよい。この場合には、電子膨張弁２７を閉弁状態と所定開度の開弁状態との間で切り換えるようにする。所定開度の開弁状態とすることにより、エバポレータ１４の全体で熱交換媒体を蒸発させることができるので、吸入空気中の水蒸気が凝結し霧となるのを防止することができる。

１０…車両用空調装置 １４…エバポレータ（室内熱交換器） １６…室内コンデンサ ２１…コンプレッサ ２４…室外熱交換器 ２８…除湿用電磁弁 ３１…第１流路 ３６…第２流路

Claims (1)

1. コンプレッサにより圧縮された熱交換媒体が流入して放熱する室内コンデンサと、
   前記熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器と、
   前記熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行う室内熱交換器と、
   を備えた車両用空調装置において、
   前記室内コンデンサから流出した前記熱交換媒体を前記室外熱交換器に流入させる第１流路と、
   前記第１流路から分岐して前記熱交換媒体を前記室内熱交換器に流入させる第２流路と、
   前記第２流路に設けられた除湿用電磁弁と、をさらに備え、
   前記室内熱交換器の温度に応じて前記除湿用電磁弁を開閉することを特徴とする車両用空調装置。

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