JP2016097817A5 - - Google Patents

Description

上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式車両用空調システムは、電動圧縮機、車外熱交換器、レシーバ、第１減圧手段、ＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器がこの順に接続された冷房用冷媒回路と、前記ＨＶＡＣユニット内の前記車内蒸発器の下流側に配設され、温水を含む熱媒体が循環可能とされているヒータコアと、前記電動圧縮機の吐出配管に設けられ、前記ヒータコアに循環される熱媒体と前記電動圧縮機からの吐出冷媒ガスを熱交換する冷媒／熱媒体熱交換器と、前記冷媒／熱媒体熱交換器の下流側で前記電動圧縮機の吐出配管に切替え手段を介して一端が接続され、他端が前記レシーバに接続された暖房用バイパス回路と、前記レシーバの出口側と前記車外熱交換器の一端側との間に接続された第２減圧手段を有する第２回路と、前記車外熱交換器の他端側と前記電動圧縮機の吸入回路との間に接続された暖房時に開とされる電磁弁を有する第３回路と、を備え、前記電動圧縮機、前記冷媒／熱媒体熱交換器、前記切替え手段、前記暖房用バイパス回路、前記レシーバ、前記第２減圧手段を有する前記第２回路、前記車外熱交換器、前記電磁弁を有する前記第３回路がこの順に接続されることにより暖房用冷媒回路が構成可能とされ、前記冷媒／熱媒体熱交換器の下流側が前記切替え手段を経て前記車外熱交換器の他端側に直結され、前記切替え手段と前記レシーバとの間が前記暖房用バイパス回路により直結され、暖房モード時、前記車外熱交換器が着霜したとき、前記暖房用冷媒回路を前記冷房用冷媒回路に切替え、前記冷媒／熱媒体熱交換器を経た高温高圧の冷媒を直接前記車外熱交換器に導入することにより除霜可能とされていることを特徴とする。

また、本発明によれば、暖房モード時、車外熱交換器が着霜したとき、暖房用冷媒回路を冷房用冷媒回路に切替え、前記冷媒／熱媒体熱交換器を経た高温高圧の冷媒を直接前記車外熱交換器に導入することにより除霜可能とされているため、暖房モード時、車外熱交換器が着霜したとき、切替え手段により冷媒回路を冷房用の回路に切替えて高温高圧の冷媒を直接車外熱交換器に導入することにより効率よく除霜することができる。従って、除霜時間を短くすることができるとともに、外気温が０℃以下であっても除霜することができるようになる。

冷房サイクルと暖房サイクルとに切替え可能なヒートポンプ式冷媒回路３は、冷媒を圧縮する電動圧縮機１０と、車外熱交換器（冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として機能する。）１１と、レシーバ１２と、開閉弁機能付きの第１減圧手段１３と、ＨＶＡＣユニット２内に設けられている車内蒸発器６とがこの順に冷媒配管１４を介して接続されている閉サイクルの冷房用冷媒回路（冷房サイクル）１５を備えている。この冷房用冷媒回路１５は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調システムに用いられている冷媒回路と略同等のものとすることができる。

これによって、電動圧縮機１０、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、暖房用バイパス回路１８、レシーバ１２、開閉弁機能付きの第２減圧手段１９を備えた第２回路２０、車外熱交換器１１および電磁弁２１を備えた第３回路２２がこの順に冷媒配管１４Ａ，１４Ｂ（暖房用バイパス回路１８），１４Ｃ，１４Ｄ（第２回路２０），１４Ｅ（第３回路２２），１４Ｆを介して接続される閉サイクルの暖房用冷媒回路（暖房サイクル）２３が構成可能とされている。なお、車外熱交換器１１に対しては、外気を流通させるためのファン２４が付設されている。

電磁弁５１は、電磁コイル５１Ａと、可動鉄心５１Ｂと、可動鉄心５１Ｂの先端に設けられ、入口側冷媒流路５４を開閉する弁体５１Ｃとを備え、電磁コイル５１Ａへの通電により可動鉄心５１Ｂが軸方向に進退し、弁体５１Ｃが入口側冷媒流路５４を開閉する構成とされている。また、温度式自動膨張弁５２は、車内蒸発器６および車外熱交換器１１で蒸発した冷媒が流通する出口側冷媒流路５５内の冷媒の温度と圧力とを感温筒およびダイヤフラム５８を介して感知し、その差圧でシャフト５９を進退させ、バネ６０で付勢されているボール弁５７を押すことにより開度調整される構成とされている。なお、電磁弁５１と温度式自動膨張弁５２は、独立した個別の標準的な電磁弁、温度式自動膨張弁を直列に接続して構成したものとしてもよい。

上記の電磁弁付き温度式自動膨張弁５０を用い、車内蒸発器６および蒸発器として機能する車外熱交換器１１の一方または双方を使った運転時、電磁弁５１を開とし、入口側冷媒流路５４を介して温度式自動膨張弁５２で断熱膨張された冷媒を車内蒸発器６および車外熱交換器１１に供給することにより、各蒸発器出口の冷媒過熱度が一定となるように温度式自動膨張弁５２で冷媒流量を自動制御することができる。これによって、冷媒圧力検出手段および冷媒温度検出手段を必要とする電子膨張弁を使用したシステムに比べ、構成を簡素化し、低コスト化することができる。

上記のヒートポンプ式車両用空調システム１において、冷房モード時、電動圧縮機１０により圧縮された冷媒は、実線矢印で示されるように、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、凝縮器として機能する車外熱交換器１１、レシーバ１２、開閉弁機能付きの第１減圧手段１３、車内蒸発器６をこの順に流通し、再び電動圧縮機１０に戻る冷房用冷媒回路（冷房サイクル）１５内を循環する。

更に、本実施形態では、ヒータコア８および車内蒸発器６を同時に作用させ、除湿暖房モードで運転できるようにしている。つまり、第１減圧手段１３および第２減圧手段１９が開閉弁機能付きの電磁弁付き温度式自動膨張弁５０とされているため、冷媒回路を暖房用冷媒回路（暖房サイクル）２３に切替え、電動圧縮機１０から吐出された冷媒を破線矢印の如く、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、暖房用バイパス回路１８、レシーバ１２、第２減圧手段１９を備えた第２回路２０、車外熱交換器１１および電磁弁２１を備えた第３回路２２を流通して電動圧縮機１０に戻る暖房用冷媒回路２３を循環させると同時に、第１減圧手段１３の開閉弁機能を開とすることにより一部の冷媒をレシーバ１２から車内蒸発器６へと循環させることができる。

車内蒸発器６でブロア４から送風されてくる内気または外気と熱交換されて蒸発した冷媒は、吸入配管１４Ｆを経て電動圧縮機１０に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されることになる。この冷房用冷媒回路１５は、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行システムの冷房用冷媒回路（冷房サイクル）と何ら変わるものではなく、そのまま共用化することができる。車内蒸発器６を通過する過程で冷媒と熱交換することにより冷却された内気または外気は、車室内に吹出されることによって、車室内の冷房に供される。
なお、冷房モードの間、冷媒／熱媒体熱交換器１６およびヒータコア８に熱媒体を循環する熱媒体循環回路７を閉じることにより、冷媒／熱媒体熱交換器１６での熱交換を中断させることができる。

この際、車外熱交換器１１とレシーバ１２間を接続する冷媒配管１４内の冷媒は、逆止弁２６に対して順方向となるが、冷媒配管１４内は低圧、レシーバ１２内は高圧であることから、その圧力差で逆止弁２６は閉状態を維持し、冷媒が車外熱交換器１１側から冷媒配管１４を経てレシーバ１２に流れることはなく、従って、車外熱交換器１１に供給された冷媒は、蒸発器として機能する車外熱交換器１１でファン２４により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱して蒸発された後、電磁弁２１を備えた第３回路２２、吸入配管１４Ｆを経て電動圧縮機１０に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されることになり、この暖房用冷媒回路２３により、外気を熱源にしてヒートポンプ暖房を行うことができる。

一方、暖房運転モード時、外気条件によっては蒸発器として機能する車外熱交換器１１に着霜し、車外熱交換器１１が凍結してしまうことがあり、この場合、霜を溶かす必要がある。本実施形態においては、暖房用冷媒回路２３を冷房用冷媒回路１５に切替えることにより除霜モードとなし、電動圧縮機１０から吐出された冷媒を、冷媒／熱媒体熱交換器１６および三方切替え弁１７を経て直接車外熱交換器１１に導入することにより、その高温高圧の冷媒で車外熱交換器１１を加熱し、効率よく除霜することができ、従って、０℃以下の低外気温時であってもその温度に影響されることなく除霜を行うことができる。

ただし、本実施形態では、暖房モードでの運転時、外気温が低下し、車外熱交換器１１に着霜する条件となった場合、例えば車外熱交換器１１の出口冷媒温度を検知し、その温度が設定温度以下になったとき、着霜遅延モードに切替え、車外熱交換器１１への着霜またはその進行を遅延できるようにしている。この着霜遅延モードは、暖房用冷媒回路２３を維持しながら、第１減圧手段１３および第２減圧手段１９を構成する電磁弁付き温度式自動膨張弁５０の電磁弁５１を交互に開閉し、車内蒸発器６にも冷媒を流すことにより車外熱交換器１１への冷媒循環量を減らし、車外熱交換器１１での吸熱能力を低減することによって、車外熱交換器１１への着霜またはその進行を抑制するものである。

さらに、本実施形態では、暖房モードでの運転だけでなく、第１減圧手段１３の開閉弁機能を利用することにより、除湿暖房モードでの運転を可能としている。この除湿暖房モードは、暖房モード時の暖房用冷媒回路２３を維持しつつ、第１減圧手段１３を構成する電磁弁付き温度式自動膨張弁５０の電磁弁５１を開閉し、車内蒸発器６にも並行して冷媒を流すことにより、車内蒸発器６で冷却、除湿した空気をヒータコア８で加熱して車室内に吹出し、除湿暖房運転するものである。

従って、電動圧縮機１０の仕事量に見合った最大限の能力で効率のよい冷房運転、暖房運転を行い、冷暖房能力を向上させることができるとともに、最小限の暖房用機器を追加してヒートポンプ式の空調システム１を構成することができ、構成の簡素化、小型化、低コスト化を図ることができる。

また、暖房モード時、車外熱交換器１１への着霜条件下では、車外熱交換器１１の出口冷媒温度、車内蒸発器６からの吹出空気またはそのフィン温度に応じて、第１減圧手段１３および第２減圧手段１９の開閉弁機能を開閉制御し、車外熱交換器１１および車内蒸発器６に交互に冷媒を流通または遮断させ、車外熱交換器１１への冷媒循環量を減少させることにより、車外熱交換器１１での着霜の進行を遅延させることができる一方、車内蒸発器６での冷却による吹出空気温度の低下を抑え、その動作を繰り返すことによって温度変動幅を一定範囲に抑えて運転することができる。従って、暖房時、車外熱交換器１１への着霜およびその進行を遅延させるとともに、吹出空気温度の変動を抑制しながら、安定的に暖房運転を継続することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、第２減圧手段１９を電磁弁付き温度式自動膨張弁５０とすることにより開閉弁機能を持たせているが、暖房用の第２回路２０に設けている第２減圧手段１９を、図３に示した電磁弁付き温度式自動膨張弁５０から電磁弁５１を除去し、温度式自動膨張弁５２のみとした温度式自動膨張弁となし、その第２回路２０の車外熱交換器１１側にレシーバ１２の出口側から車外熱交換器１１側への冷媒の流れのみを許容する逆止弁（図示省略）を設けた構成としてもよい。

上記の如く、第２回路２０に設ける第２減圧手段１９を、開閉弁機能を持たない温度式自動膨張弁５２となし、その第２回路２０の車外熱交換器１１側に逆止弁を設けた構成とすることによっても、第１実施形態と同様に、冷房モード（除霜モード）、暖房モード、着霜遅延モードおよび除湿暖房モードでそれぞれ運転することができる。その際、冷房モード時および除霜モード時において、第２回路２０内の冷媒流れは、上記逆止弁に対して順方向となるが、逆止弁の車外熱交換器１１側は高圧、第２減圧手段１９側は低圧のため、その圧力差で逆止弁は閉状態を維持し、レシーバ１２の出口側から車外熱交換器１１側に第２回路２０を介して冷媒が流れることはない。

Claims (5)

1. 電動圧縮機、車外熱交換器、レシーバ、第１減圧手段、ＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器がこの順に接続された冷房用冷媒回路と、
   前記ＨＶＡＣユニット内の前記車内蒸発器の下流側に配設され、温水を含む熱媒体が循環可能とされているヒータコアと、
   前記電動圧縮機の吐出配管に設けられ、前記ヒータコアに循環される熱媒体と前記電動圧縮機からの吐出冷媒ガスを熱交換する冷媒／熱媒体熱交換器と、
   前記冷媒／熱媒体熱交換器の下流側で前記電動圧縮機の吐出配管に切替え手段を介して一端が接続され、他端が前記レシーバに接続された暖房用バイパス回路と、
   前記レシーバの出口側と前記車外熱交換器の一端側との間に接続された第２減圧手段を有する第２回路と、
   前記車外熱交換器の他端側と前記電動圧縮機の吸入回路との間に接続された暖房時に開とされる電磁弁を有する第３回路と、を備え、
   前記電動圧縮機、前記冷媒／熱媒体熱交換器、前記切替え手段、前記暖房用バイパス回路、前記レシーバ、前記第２減圧手段を有する前記第２回路、前記車外熱交換器、前記電磁弁を有する前記第３回路がこの順に接続されることにより暖房用冷媒回路が構成可能とされ、
   前記冷媒／熱媒体熱交換器の下流側が前記切替え手段を経て前記車外熱交換器の他端側に直結され、
   前記切替え手段と前記レシーバとの間が前記暖房用バイパス回路により直結され、
   暖房モード時、前記車外熱交換器が着霜したとき、前記暖房用冷媒回路を前記冷房用冷媒回路に切替え、前記冷媒／熱媒体熱交換器を経た高温高圧の冷媒を直接前記車外熱交換器に導入することにより除霜可能とされていることを特徴とするヒートポンプ式車両用空調システム。
2. 前記第１減圧手段および前記第２減圧手段は、開閉弁機能付きの減圧手段とされ、その開閉弁機能を用いることにより、暖房モード時、前記車外熱交換器および前記車内蒸発器の双方が蒸発器として併用可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調システム。
3. 前記第１減圧手段および第２減圧手段は、電磁弁付き温度式自動膨張弁または電子膨張弁とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式車両用空調システム。
4. 前記第１減圧手段は、開閉弁機能付きの減圧手段とされるとともに、前記第２減圧手段が設けられた前記第２回路には、開閉弁機能の代替手段として前記レシーバの出口側から前記車外熱交換器側への冷媒流れのみを許容する逆止弁が設けられ、前記第１減圧手段の開閉弁機能と前記第３回路の前記電磁弁とを用いることにより、暖房モード時、前記車外熱交換器および前記車内蒸発器の双方が蒸発器として併用可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調システム。
5. 暖房モード時、前記車外熱交換器の出口冷媒温度および前記車内蒸発器からの吹出空気またはそのフィン温度に応じて、前記第１減圧手段の開閉弁機能および前記第２減圧手段の開閉弁機能または前記第３回路の電磁弁を交互に開閉制御し、前記車外熱交換器および前記車内蒸発器に交互に冷媒を流通または遮断させる構成とされていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調システム。