JP2018069964A - 車両用空気調和装置及びその製造方法 - Google Patents

車両用空気調和装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レシーバに冷媒を流さない運転モードと流さない運転モードの双方で適正な冷媒量での運転を実現することができる車両用空気調和装置を提供する。
【解決手段】冷媒回路Rのレシーバ30(レシーバドライヤ部14、過冷却部16)に冷媒を流さない暖房モードと、レシーバに冷媒を流す冷房モードを切り換えて実行するものであって、暖房モードでアキュムレータ12から液冷媒が溢出せず、且つ、冷房モードでレシーバの液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲が作られるように、各機器、及び、冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量が設定され、適正冷媒量の範囲内で冷媒を充填する。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の車室内を空調するヒートポンプ方式の車両用空気調和装置、及び、その製造方法に関するものである。
近年の環境問題の顕在化から、ハイブリッド自動車や電気自動車が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室内側に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器と、車室外側に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器を冷媒配管で接続して冷媒回路を構成し、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、この放熱器において放熱した冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に流し、この室外熱交換器において吸熱させる暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流してこの室外熱交換器で放熱させ、室内膨張弁で減圧した後、吸熱器に流し、この吸熱器において吸熱させる冷房モード等を切り換えて実行するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
この場合、圧縮機の冷媒吸込側にはアキュムレータが接続されており、このアキュムレータによって冷媒を気液分離することで、圧縮機が液圧縮を起こさないようにしていた。また、室外熱交換器の冷媒出口側にはレシーバが接続されており、前記冷房モードでは室外熱交換器で放熱して液化した冷媒は、このレシーバに流入して貯留され、その後、室内膨張弁で減圧されてから吸熱器に流入するように構成されていた。
特開2015−223880号公報
このように、暖房モードと冷房モードとでは冷媒回路内の冷媒の流れが異なり、暖房モードでは室外熱交換器を出た冷媒はレシーバを経ること無くアキュムレータに流入し、このアキュムレータを経て圧縮機に吸い込まれ、冷房モードでは室外熱交換器、レシーバ、室内膨張弁、吸熱器、アキュムレータを順次経て圧縮機に吸い込まれる流れとなる。即ち、暖房モードでは冷房モードよりも冷媒が流れる部分の冷媒回路の容量(冷媒配管の長さも含む)は小さくなるため、暖房モードに適した冷媒量は冷房モードに適した冷媒量よりも少なくなる。
そのため、冷媒回路を構成する各機器やそれらを繋ぐ冷媒配管の容量によっては、暖房モードに適した量の冷媒を充填した場合、冷房モードでは冷媒量が過少となって所望の冷房能力を得られなくなり、逆に冷房モードに適した量の冷媒を充填した場合には、暖房モードで冷媒量が過多となり、アキュムレータから液冷媒が溢出してしまう問題が発生する。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、レシーバに冷媒を流さない運転モードと流さない運転モードの双方で適正な冷媒量での運転を実現することができる車両用空気調和装置、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
請求項1の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させるための室外熱交換器と、圧縮機の冷媒吸込側に設けられたアキュムレータと、室外熱交換器の冷媒出口側に設けられたレシーバと、各機器を接続する冷媒配管と、から成る冷媒回路を備え、レシーバに冷媒を流さない第1の運転モードと、レシーバに冷媒を流す第2の運転モードを切り換えて実行するものであって、第1の運転モードでアキュムレータから液冷媒が溢出せず、且つ、第2の運転モードでレシーバの液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲が作られるように、各機器、及び、冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量が設定され、冷媒回路内に適正冷媒量の範囲内で冷媒が充填されていることを特徴とする。
請求項2の発明の車両用空気調和装置は、請求項1の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において第1の運転モードは車室内を暖房する運転モードであり、この運転モードでは圧縮機から吐出された冷媒が放熱器にて放熱し、放熱した当該冷媒は減圧された後、室外熱交換器にて吸熱し、この室外熱交換器を出た冷媒はアキュムレータを経て圧縮機に吸い込まれると共に、第2の運転モードは車室内を冷房する運転モードであり、この運転モードでは圧縮機から吐出された冷媒が放熱器を経て室外熱交換器に流入し、この室外熱交換器にて放熱し、放熱した当該冷媒はレシーバに流入し、このレシーバを出た冷媒は減圧された後、吸熱器にて吸熱し、吸熱した当該冷媒はアキュムレータを経て圧縮機に吸い込まれることを特徴とする。
請求項3の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において高負荷時において適正冷媒量の範囲が作られるように、各機器、及び、冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量が設定されていることを特徴とする。
請求項4の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において適正冷媒量の範囲が作られるように、室外熱交換器、アキュムレータ、レシーバ、及び、冷媒配管のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全ての容量が設定されていることを特徴とする。
請求項5の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明においてアキュムレータが傾いた場合にも当該アキュムレータから液冷媒が溢出しない量の冷媒が冷媒回路内に充填されていることを特徴とする。
請求項6の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させるための室外熱交換器と、圧縮機の冷媒吸込側に設けられたアキュムレータと、室外熱交換器の冷媒出口側に設けられたレシーバと、各機器を接続する冷媒配管とから成る冷媒回路を備え、レシーバに冷媒を流さない第1の運転モードと、レシーバに冷媒を流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置を製造するにあたり、各機器、及び、冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量を設定することにより、高負荷時における第1の運転モードでアキュムレータから液冷媒が溢出せず、且つ、高負荷時における第2の運転モードでレシーバの液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲を作り、冷媒回路内に適正冷媒量の範囲内で冷媒を充填することを特徴とする。
本発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させるための室外熱交換器と、圧縮機の冷媒吸込側に設けられたアキュムレータと、室外熱交換器の冷媒出口側に設けられたレシーバと、各機器を接続する冷媒配管とから成る冷媒回路を備え、レシーバに冷媒を流さない第1の運転モードと、レシーバに冷媒を流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、各機器、及び、冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量を設定することにより、第1の運転モードでアキュムレータから液冷媒が溢出せず、且つ、第2の運転モードでレシーバの液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲を作り、冷媒回路内に適正冷媒量の範囲内で冷媒を充填するようにしたので、例えば、請求項2の発明の如く車室内を暖房する第1の運転モードや冷房する第2の運転モードを切り換えて実行する際に、双方の運転モードに適した冷媒量で運転し、快適な車室内空調を実現することができるようになる。
この場合、高負荷時において適正冷媒量の範囲が作られるように、各機器、及び、冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量が設定することで、冷媒回路内の冷媒循環量が多くなる高負荷時において、第1の運転モードでアキュムレータから液冷媒が溢出することや、第2の運転モードで能力が不足する不都合を的確に回避することができるようになる。
また、請求項4の発明の如く室外熱交換器、アキュムレータ、レシーバ、及び、冷媒配管のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全ての容量を設定することで適正冷媒量の範囲を作るようにすれば、比較的容易に適正冷媒量の範囲を作ることが可能となる。
更に、請求項5の発明の如くアキュムレータが傾いた場合にも当該アキュムレータから液冷媒が溢出しない量の冷媒を冷媒回路内に充填することで、走行状況によっては傾斜する可能性の高い車両用空気調和装置のアキュムレータから液冷媒が溢出し、圧縮機が液圧縮を起こす不都合を効果的に回避することができるようになる。
本発明を適用した一実施形態の車両用空気調和装置の構成図である。 図1の車両用空気調和装置の室外熱交換器及びレシーバ部分の概略図である。 図1の車両用空気調和装置の圧縮機、放熱器、室外熱交換器及びアキュムレータ部分の概略図である。 図1の車両用空気調和装置のアキュムレータの断面図である。 図1の車両用空気調和装置のコントローラの電気回路のブロック図である。 冷媒過少状態での図2に対応する概略図である。 適正冷媒量での図2に対応する概略図である。 同じく適正冷媒量での図2に対応する概略図である。 冷媒過多状態での図2に対応する概略図である。 冷媒過少状態での図3に対応する概略図である。 適正冷媒量での図3に対応する概略図である。 同じく適正冷媒量での図3に対応する概略図である。 冷媒過多状態での図3に対応する概略図である。 図1の車両用空気調和装置の適正冷媒量の範囲を説明する図である。 図14の適正冷媒量の範囲が作られない場合を説明する図である。 図5のアキュムレータが傾いた状態の断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の一実施例の車両用空気調和装置1の構成図を示している。本発明を適用する実施例の車両は、エンジン(内燃機関)が搭載されていない電気自動車(EV)であって、バッテリに充電された電力で走行用の電動モータを駆動して走行するものであり(何れも図示せず)、本発明の車両用空気調和装置1も、バッテリの電力で駆動されるものとする。即ち、実施例の車両用空気調和装置1は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路を用いたヒートポンプ運転により暖房を行い、更に、除湿暖房や冷房除湿、冷房等の各運転モードを選択的に実行するものである。
尚、車両として電気自動車に限らず、エンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明は有効であり、更には、エンジンで走行する通常の自動車にも適用可能であることは云うまでもない。
実施例の車両用空気調和装置1は、電気自動車の車室内の空調(暖房、冷房、除湿、及び、換気)を行うものであり、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機2と、車室内空気が通気循環されるHVACユニット10の空気流通路3内に設けられ、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒が冷媒配管13Gを介して流入し、この冷媒を車室内に放熱させる放熱器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室外膨張弁6と、冷房時には放熱器として機能し、暖房時には蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器7と、冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室内膨張弁8と、空気流通路3内に設けられて冷房時及び除湿時に車室内外から冷媒に吸熱させる吸熱器9と、吸熱器9における蒸発能力を調整する蒸発能力制御弁11と、アキュムレータ12等が冷媒配管13により順次接続され、冷媒回路Rが構成されている。そして、この冷媒回路R内に後述する如く所定量の冷媒が充填されている。
尚、室外熱交換器7には、室外送風機15が設けられている。この室外送風機15は、室外熱交換器7に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させるものであり、これにより停車中(即ち、車速VSPが0km/h)にも室外熱交換器7に外気が通風されるよう構成されている。
また、室外熱交換器7の冷媒下流側にはレシーバドライヤ部14と過冷却部16が順次接続されており、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは冷房時に開放される冷房用の開閉弁としての冷房用電磁弁17を介してレシーバドライヤ部14に接続され、過冷却部16の出口側の冷媒配管13Bが逆止弁18を介して室内膨張弁8に接続されている。
尚、このレシーバドライヤ部14と過冷却部16とで本発明におけるレシーバ30が構成されている。このレシーバ30は構造的には室外熱交換器7と一体に構成している。また、逆止弁18は室内膨張弁8側が順方向とされている。そして、逆止弁18と室内膨張弁8間の冷媒配管13Bは、吸熱器9の出口側に位置する蒸発能力制御弁11を出た冷媒配管13Cと熱交換関係に設けられ、両者で内部熱交換器19を構成している。これにより、冷媒配管13Bを経て室内膨張弁8に流入する冷媒は、吸熱器9を出て蒸発能力制御弁11を経た低温の冷媒により冷却(過冷却)される構成とされている。
また、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは分岐しており、この分岐した冷媒配管13Dは、暖房時に開放される暖房用の開閉弁としての暖房用電磁弁21を介して内部熱交換器19の下流側における冷媒配管13Cに連通接続されている。この冷媒配管13Cがアキュムレータ12に接続され、アキュムレータ12は圧縮機2の冷媒吸込側に接続されている。
また、放熱器4の出口側の冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前で分岐しており、この分岐した冷媒配管13Fは除湿時に開放される除湿要の開閉弁としての除湿用電磁弁22を介して逆止弁18の下流側の冷媒配管13Bに連通接続されている。即ち、電磁弁22は室外熱交換器7に対して並列に接続されている。
また、室外膨張弁6には並列にバイパス配管13Jが接続されており、このバイパス配管13Jには、冷房モードにおいて開放され、室外膨張弁6をバイパスして冷媒を流すためのバイパス用の開閉弁としてのバイパス用電磁弁20が介設されている。尚、これら室外膨張弁6及び電磁弁20と室外熱交換器7との間の配管は13Iとする。
また、吸熱器9の空気上流側における空気流通路3には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されており(図1では吸込口25で代表して示す)、この吸込口25には空気流通路3内に導入する空気を車室内の空気である内気(内気循環モード)と、車室外の空気である外気(外気導入モード)とに切り換える吸込切換ダンパ26が設けられている。更に、この吸込切換ダンパ26の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路3に送給するための室内送風機(ブロワファン)27が設けられている。
また、放熱器4の空気上流側における空気流通路3内には、内気や外気の放熱器4への流通度合いを調整するエアミックスダンパ28が設けられている。更に、放熱器4の空気下流側における空気流通路3には、フット、ベント、デフの各吹出口(図1では代表して吹出口29で示す)が形成されており、この吹出口29には上記各吹出口から空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ31が設けられている。
ここで、図2は前述した冷媒回路Rの室外熱交換器7とレシーバ30部分の概略構成を示している。尚、この図では前述した電磁弁17、逆止弁18及び内部熱交換器19は省略している。レシーバドライヤ部14は室外熱交換器7で凝縮した液冷媒を貯留する冷媒液溜めであり、上下の所定寸法を有し、内部に所定容量を有するタンク71と、このタンク71の底部と過冷却部16の底部とを接続する冷媒配管13Kを有している。そして、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aはレシーバドライヤ部14のタンク71の底部から内部に進入し、タンク71内の上部で開口している。また、冷媒配管13Bは過冷却部16の底部に接続されている。
例えば、後述する冷房モードにおいては、室外熱交換器7で放熱し、凝縮した液冷媒は、冷媒配管13Aを経てレシーバドライヤ部14内の上部に位置する開口から当該レシーバドライヤ部14に流出する。即ち、レシーバドライヤ部14内の液冷媒がこの冷媒配管13Aの開口の高さまで上昇しない限り、室外熱交換器7には液冷媒は溜まらないことになる。そして、この液冷媒は冷媒配管13Kを経て過冷却部16に入り、冷媒配管13Bを経て室内膨張弁8に至る。
次に、図3は前述した冷媒回路Rの圧縮機2、放熱器4、室外熱交換器7及びアキュムレータ12部分の概略図、図4はアキュムレータ12の断面図をそれぞれ示している。尚、図3では前述した電磁弁20、21は省略している。アキュムレータ12は冷媒配管13Cを経て流入する液冷媒とガス冷媒とを分離するための所謂気液分離器であり、上下の所定寸法を有し、内部に所定容量を有するタンク57と、このタンク57内の上部に配置され、タンク57の側壁及び上壁から離間して設けられた邪魔板58と、タンク57の上壁から内部に進入し、邪魔板58を貫通して一旦タンク57内の底部まで降下した後に上昇し、上昇した先端が邪魔板58の下側で間隔を存して開口する出口配管61とから構成されている。
この出口配管61の最下部はタンク57の底壁直上に少許間隔を存して位置しており、この最下部には小孔から成るオイル戻し孔62が形成されている。また、出口配管61の上端はタンク57の上壁から出て圧縮機2の吸込側に接続されている。そして、冷媒配管13Cがタンク57の上壁から内部に進入し、邪魔板58の上側にて開口している。尚、図中63は乾燥剤である(図3では省略)。
例えば、後述する暖房モードにおいては、室外熱交換器7で蒸発したガス冷媒及び未蒸発の液冷媒は、冷媒配管13A、電磁弁21及び冷媒配管13Dを経て図4に矢印で示す如く冷媒配管13Cからアキュムレータ12のタンク57内に入る。タンク57内に流入した気液混合状態の冷媒は、図4に矢印で示す如く先ず邪魔板58に衝突して外側に広がり、邪魔板58の外縁とタンク57の間を通ってタンク57内の下部に流下する。
液冷媒はこのタンク57内の下部に貯留され、ガス冷媒及びアキュムレータ12内で液冷媒が蒸発したガス冷媒は、出口配管61の先端と邪魔板58の間を経て図4に矢印で示す如く出口配管61の先端の開口から当該出口配管61内に入り、流下した後、再び上昇してアキュムレータ12から出て行く。また、タンク57内には冷媒と共に冷媒回路R内を循環するオイル(圧縮機2の潤滑用)も貯留される。このオイル及び液冷媒の一部は、出口配管61の最下部に形成されたオイル戻し孔62から図4に矢印で示す如く出口配管61内に入って上昇し、アキュムレータ12から出て行く。アキュムレータ12から出た係る冷媒及びオイルのうちの液冷媒は、圧縮機2に至る過程で外部から吸熱し、蒸発するので、圧縮機2にはガス冷媒とオイルのみが吸い込まれるかたちとなる。
次に、図5において32はプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成された制御装置としてのコントローラ(ECU)であり、このコントローラ32の入力には車両の外気温度を検出する外気温度センサ33と、車両の外気湿度を検出する外気湿度センサ34と、吸込口25から空気流通路3に吸い込まれる空気の温度を検出するHVAC吸込温度センサ36と、車室内の空気(内気)の温度を検出する内気温度センサ37と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ38と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内CO2濃度センサ39と、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ41と、圧縮機2の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力センサ42と、圧縮機2の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ43と、圧縮機2の吸込冷媒圧力を検出する吸込圧力センサ44と、放熱器4の温度(放熱器4を経た空気の温度、又は、放熱器4自体の温度)を検出する放熱器温度センサ46と、放熱器4の冷媒圧力(放熱器4内、又は、放熱器4を出た直後の冷媒の圧力)を検出する放熱器圧力センサ47と、吸熱器9の温度(吸熱器9を出た直後の冷媒の温度)を検出する吸熱器温度センサ48と、吸熱器9の冷媒圧力(吸熱器9内、又は、吸熱器9を出た直後の冷媒の圧力)を検出する吸熱器圧力センサ49と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ51と、車両の移動速度(車速)を検出するための車速センサ52と、設定温度や運転モードの切り換えを設定するための空調(エアコン)操作部53と、室外熱交換器7の温度(室外熱交換器7から出た直後の冷媒の温度、又は、室外熱交換器7自体の温度)を検出する室外熱交換器温度センサ54と、室外熱交換器7の冷媒圧力(室外熱交換器7内、又は、室外熱交換器7から出た直後の冷媒の圧力)を検出する室外熱交換器圧力センサ56の各出力が接続されている。
一方、コントローラ32の出力には、前記圧縮機2と、室外送風機15と、室内送風機(ブロワファン)27と、吸込切換ダンパ26と、エアミックスダンパ28と、吹出口切換ダンパ31と、室外膨張弁6、室内膨張弁8と、各電磁弁22、17、21、20と、蒸発能力制御弁11が接続されている。そして、コントローラ32は各センサの出力と空調操作部53にて入力された設定に基づいてこれらを制御する。
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置1の動作を説明する。コントローラ32は実施例では大きく分けて暖房モードと、除湿暖房モードと、内部サイクルモードと、除湿冷房モードと、冷房モードの各運転モードを切り換えて実行する。このうちの暖房モードが実施例では本発明での第1の運転モード、冷房モードが第2の運転モードとなる。先ず、各運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。
(1)暖房モード(車室内を暖房する運転モード。第1の運転モード)
コントローラ32により、或いは、空調操作部53へのマニュアル操作により暖房モードが選択されると、コントローラ32は電磁弁21を開放し、電磁弁17、電磁弁22及び電磁弁20を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4に通風される状態とする。これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
放熱器4内で液化した冷媒は放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15にて通風される外気中から熱を汲み上げる。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなり、室外熱交換器7は冷媒の蒸発器として機能する。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び電磁弁21及び冷媒配管13Dを経て冷媒配管13Cからアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器4にて加熱された空気は吹出口29から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。
コントローラ32は吐出圧力センサ42又は放熱器圧力センサ47が検出する冷媒回路Rの高圧圧力に基づいて圧縮機2の回転数Ncを制御すると共に、放熱器温度センサ46が検出する放熱器4の温度及び放熱器圧力センサ47が検出する放熱器4の冷媒圧力に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度を制御する。
(2)除湿暖房モード
次に、除湿暖房モードでは、コントローラ32は上記暖房モードの状態において電磁弁22を開放する。これにより、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の一部が分流され、電磁弁22を経て冷媒配管13F及び13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至るようになる。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cにて冷媒配管13Dからの冷媒と合流した後、アキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになる。コントローラ32は吐出圧力センサ42又は放熱器圧力センサ47が検出する冷媒回路Rの高圧圧力に基づいて圧縮機2の回転数Ncを制御すると共に、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。また、コントローラ32は吸熱器9の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように室内膨張弁8の弁開度を制御する。
(3)内部サイクルモード
次に、内部サイクルモードでは、コントローラ32は上記除湿暖房モードの状態において室外膨張弁6を全閉とする(全閉位置)と共に、電磁弁20、21も閉じる。この室外膨張弁6と電磁弁20、21が閉じられることにより、室外熱交換器7への冷媒の流入、及び、室外熱交換器7からの冷媒の流出は阻止されることになるので、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒は電磁弁22を経て冷媒配管13Fに全て流れるようになる。そして、冷媒配管13Fを流れる冷媒は冷媒配管13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを流れ、アキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになるが、この内部サイクルモードでは室内側の空気流通路3内にある放熱器4(放熱)と吸熱器9(吸熱)の間で冷媒が循環されることになるので、外気からの熱の汲み上げは行われず、圧縮機2の消費動力分の暖房能力が発揮される。除湿作用を発揮する吸熱器9には冷媒の全量が流れるので、上記除湿暖房モードに比較すると除湿能力は高いが、暖房能力は低くなる。
コントローラ32は吸熱器9の温度、又は、前述した冷媒回路Rの高圧圧力に基づいて圧縮機2の回転数Ncを制御する。このとき、コントローラ32は吸熱器9の温度によるか高圧圧力によるか、何れかの演算から得られる圧縮機目標回転数の低い方を選択して圧縮機2を制御する。
(4)除湿冷房モード
次に、除湿冷房モードでは、コントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21、電磁弁22及び電磁弁20を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4に通風される状態とする。これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至り、開き気味で制御される室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機15にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は逆止弁18を経て冷媒配管13Bに入り、内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱(暖房時よりも放熱能力は低い)されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。コントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて圧縮機2の回転数Ncを制御すると共に、前述した冷媒回路Rの高圧圧力に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の冷媒圧力(放熱器圧力PCI)を制御する。また、コントローラ32は、この場合も吸熱器9の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように室内膨張弁8の弁開度を制御する。
(5)冷房モード(車室内を冷房する運転モード。第2の運転モード)
次に、冷房モードでは、コントローラ32は上記除湿冷房モードの状態において電磁弁20を開き(この場合、室外膨張弁6は全開(弁開度を制御上限)を含む何れの弁開度でもよい)、エアミックスダンパ28は放熱器4に空気が通風されない状態を含み通風量を制御する状態とする。これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4に空気流通路3内の空気が通風されない場合には、ここは通過するのみとなり、通風される場合には空気に放熱される。放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て電磁弁20及び室外膨張弁6に至る。
このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は室外膨張弁6を迂回してバイパス配管13Jを通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15にて通風される外気により空冷され、凝縮液化する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は逆止弁18を経て冷媒配管13Bに入り、内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4を通過することなく、あるいは若干通過し、吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。この冷房モードにおいては、コントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて圧縮機2の回転数Ncを制御する。また、コントローラ32は、この場合も吸熱器9の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように室内膨張弁8の弁開度を制御する。
コントローラ32は起動時には外気温度センサ33が検出する外気温度Tamと目標吹出温度TAOとに基づいて運転モードを選択する。また、起動後は外気温度Tamや目標吹出温度TAO等の環境や設定条件の変化に応じて前記各運転モードを選択し、切り換えていくものである。
(6)適正冷媒量の範囲
次に、以上の如き車両用空気調和装置1の冷媒回路R内に充填される冷媒の適正量、即ち、適正冷媒量について図6〜図16を参照して説明する。前述した如く冷房モードでは、圧縮機2−冷媒配管13G−放熱器4−冷媒配管13E−冷媒配管13J−電磁弁20−冷媒配管13I−室外熱交換器7−冷媒配管13A−電磁弁17−レシーバドライヤ部14及び過冷却部16から成るレシーバ30−逆止弁18−冷媒配管13B−内部熱交換器19−室内膨張弁8−吸熱器9−内部熱交換器19−冷媒配管13C−アキュムレータ12−圧縮機2の順で冷媒が流れ、暖房モードでは、圧縮機2−冷媒配管13G−放熱器4−冷媒配管13E−室外膨張弁6−冷媒配管13I−室外熱交換器7−冷媒配管13A−電磁弁21−冷媒配管13D−冷媒配管13C−アキュムレータ12−圧縮機2の順で冷媒が流れる。
このように、冷房モードでは暖房モードの場合よりも冷媒回路R内を長い距離冷媒が流れるかたちとなるため、暖房モードに適した冷媒の量と冷房モードに適した冷媒の量は異なって来る。これを図に示したものが図15である。図15のL1は車両用空気調和装置1が高負荷時における冷房モードに適した冷媒の量の範囲、L2は車両用空気調和装置1が高負荷時における暖房モードに適した冷媒の量の範囲を示すものとする。
この図に示すように冷房モードに適した冷媒の量は暖房モードに適した冷媒の量に比べて多くなるが、この冷房モードに適した冷媒の量の範囲L1と暖房モードに適した冷媒の量の範囲L2に重複しない場合、例えば、暖房モードに適した量の冷媒を冷媒回路Rに充填すると、冷房モードに切り換わったときに冷媒量が過少となって所望の冷房能力を得られなくなる。逆に、冷房モードに適した量の冷媒を冷媒回路Rに充填すると、暖房モードに切り換わったときに冷媒量が過多となり、アキュムレータ12から液冷媒が溢出してしまうようになる。
図6は係る冷房モードで冷媒量が過少な場合の図2に対応する概略図を示している。冷媒回路Rへの冷媒の充填量が冷房モードに対して少な過ぎ、図6中にドットで示すように液冷媒が室内膨張弁8前付近にしか存在せず、或いは、室内膨張弁8前付近にも存在しない状態(図2に示すような状態)では、レシーバ30(レシーバドライヤ部14と過冷却部16)の液冷媒が枯渇し、冷媒回路R内に殆ど飽和液(液冷媒)が無い状態となって、室内膨張弁8を全開としても吸熱器9の出口の冷媒過熱度は過大となる。このような状態では吸熱器9で蒸発する冷媒の量も殆ど無くなり、冷房能力が不足することになる。
一方、図7に示す如く過冷却部16の全体に液冷媒(ドットで示す)が溜まる状態や、図8に示す如くレシーバドライヤ部14内の冷媒配管13Aの開口より下まで液冷媒(同じくドットで示す)が溜まる状態が適正な冷媒量であり、室内膨張弁8は吸熱器9の出口の冷媒過熱度を制御できる状態となる。他方、充填量が過多となり、図9の如くレシーバドライヤ部14内の冷媒配管13Aの開口の高さより高い位置まで液位が達するようになると、室外熱交換器7に液冷媒が溜まるようになり、室外熱交換器7における冷媒の凝縮面積が縮小されて冷媒回路Rの高圧圧力が上昇し、安定した運転ができなくなる。
即ち、冷房モード(第2の運転モード)に適した冷媒の量の範囲(前述した図15の範囲L1)は図7と図8の状態であり、実施例ではレシーバドライヤ部14と過冷却部16から成るレシーバ30の液冷媒が枯渇せず(範囲L1の下限)、且つ、室外熱交換器7に液冷媒が溜まらない(範囲L1の上限)範囲と云うことになる。
また、図10は暖房モードで冷媒量が過少な場合の図3に対応する概略図を示している。冷媒回路Rへの冷媒の充填量が暖房モードに対して少な過ぎ、図10にドットで示すように液冷媒が室外膨張弁6前付近にしか存在せず、或いは、室外膨張弁6前付近にも存在しない状態(図3に示すような状態)では、冷媒回路R内に殆ど飽和液(液冷媒)が無い状態となって、室外膨張弁6を制御上の最小開度としても放熱器4の出口の冷媒過冷却度がつかなくなる。このような状態では放熱器4で放熱する冷媒の量も殆ど無くなり、暖房能力が不足することになる。
一方、図11に示す如く室外膨張弁6から冷媒配管13E、放熱器4の出口部分に液冷媒が溜まる状態や、図12に示す如くアキュムレータ12内の出口配管61の開口より下まで液冷媒が溜まる状態が適正な冷媒量であり、室外膨張弁6は放熱器4の出口における冷媒の過冷却度を制御できる状態となる。他方、充填量が過多となり、図13の如くアキュムレータ12内の出口配管61の開口の高さより高い位置まで液位が達するようになると、圧縮機2に多量の液冷媒が吸い込まれ、液圧縮を起こすようになって圧縮機2に損傷を来すことになる。
即ち、暖房モード(第1の運転モード)に適した冷媒の量の範囲(前述した図15の範囲L1)は図11と図12の状態であり、放熱器4の出口において冷媒の過冷却度がつき(範囲L2の下限)、且つ、アキュムレータ12から液冷媒が溢出しない(範囲L2の上限)範囲と云うことになる。
そこで、本発明では冷媒回路Rを構成する各機器(放熱器4、吸熱器9、室外熱交換器7、アキュムレータ12、及び、レシーバドライヤ部14と過冷却部16から成るレシーバ30)、及び、冷媒配管13のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全ての容量(容積)を設定することにより、車両用空気調和装置1が高負荷時において、図14に示す如く車両用空気調和装置1の高負荷時における冷房モードに適した冷媒の量の範囲L1と、同じく高負荷時における暖房モードに適した冷媒の量の範囲L2が重複し、X1で示す如き適正冷媒量の範囲が作られるようにする。
実施例の車両用空気調和装置1では、室外熱交換器7か、アキュムレータ12か、レシーバドライヤ部14(レシーバ30を構成する)か、過冷却部16(レシーバ30を構成する)か、冷媒配管13のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全ての容量(容積)を設定することで適正冷媒量の範囲X1を作り出している。
但し、車両用空気調和装置1では走行中における車両の傾斜に伴い、アキュムレータ12も傾斜する可能性がある。アキュムレータ12が傾斜すると図16に示す如く出口配管61の開口から液冷媒が溢出する可能性があるので、想定される一定の傾斜角度以内であればアキュムレータ12から液冷媒が溢出しない量に、冷媒量の範囲L2の上限を制限する。図14の範囲L2はこの上限が制限された範囲を示しているものとする。そして、このように作られた適正冷媒量の範囲X1内で所定量の冷媒を冷媒回路Rに充填している。
(7−1)適正冷媒量の範囲を作る具体的手順の例
次に、上記室外熱交換器7、アキュムレータ12、レシーバドライヤ部14(レシーバ30を構成する)、過冷却部16(レシーバ30を構成する)、冷媒配管13の容量を設定することで、図14の適正冷媒量の範囲X1を作る具体的な手順の一例を説明する。
(i)先ず、一般的には車両のエンジンルームのスペース上の理由や車両用空気調和装置1の能力上の理由で室外熱交換器7、及び、レシーバ30(レシーバドライヤ部14と過冷却部16)の容量は比較的大きな値で決まる。
(ii)これによって、高負荷時における冷房モードに適した冷媒の量の範囲L1が決定する。
(iii)次に、高負荷時における暖房モードのときに圧縮機2の液圧縮を防ぐためにアキュムレータ12の容量を決めるものであるが、高負荷時における暖房モードに適した冷媒の量の範囲L2の上限が、上記冷房モードに適した冷媒の量の範囲L1の下限より上に来るようにしなければならない。更に、上述したようにアキュムレータ12を一定の傾斜角度以内で傾斜させても液冷媒が溢出しないことを考慮する必要もある。
そこで、アキュムレータ12の容量を大きくしていき、上記各条件を満たして適正冷媒量の範囲X1が作られる容量に決定する。これによって、高負荷時における暖房モードに適した冷媒の量の範囲L2の上限が決まる。
(iv)そして、上記適正冷媒量の範囲X1内の量の冷媒を冷媒回路R内に充填することになる。
以上のように、本発明によれば、冷媒回路Rを構成する各機器、及び、冷媒配管13のうちの少なくとも一つの容量を設定することにより、暖房モード(第1の運転モード)でアキュムレータ12から液冷媒が溢出せず、且つ、冷房モード(第2の運転モード)でレシーバ30(レシーバドライヤ部14と過冷却部16)の液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲X1を作り、冷媒回路R内に適正冷媒量の範囲X1内で冷媒を充填するようにしたので、双方の運転モードに適した冷媒量で運転し、快適な車室内空調を実現することができるようになる。
この場合、高負荷時において適正冷媒量の範囲X1が作られるように、各機器、及び、冷媒配管13のうちの少なくとも一つの容量が設定することで、冷媒回路R内の冷媒循環量が多くなる高負荷時において、暖房モードでアキュムレータ12から液冷媒が溢出することや、冷房モードで冷房能力が不足する不都合を的確に回避することができるようになる。
また、実施例の如く室外熱交換器7、アキュムレータ12、レシーバ30(レシーバドライヤ部14と過冷却部16)、及び、冷媒配管13のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全ての容量を設定することで適正冷媒量の範囲X1を作るようにしているので、比較的容易に適正冷媒量の範囲X1を作ることが可能となる。
更に、実施例ではアキュムレータ12が傾いた場合にも当該アキュムレータ12から液冷媒が溢出しない量の冷媒を冷媒回路R内に充填するようにしているので、走行状況によっては傾斜する可能性の高い車両用空気調和装置1のアキュムレータ12から液冷媒が溢出し、圧縮機2が液圧縮を起こす不都合を効果的に回避することができるようになる。
尚、実施例ではレシーバ25をレシーバドライヤ部14と過冷却部16で構成したが、それに限らず、レシーバドライヤ部14のみでレシーバ30を構成しても良い。また、上記実施例で説明した冷媒回路Rの構成はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。
1 車両用空気調和装置
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器
13 冷媒配管
14 レシーバドライヤ部
16 過冷却部
17、20、21、22 電磁弁
27 室内送風機(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
30 レシーバ
32 コントローラ(制御装置)
R 冷媒回路

Claims (6)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
    冷媒を吸熱させて前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
    車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させるための室外熱交換器と、
    前記圧縮機の冷媒吸込側に設けられたアキュムレータと、
    前記室外熱交換器の冷媒出口側に設けられたレシーバと、
    前記各機器を接続する冷媒配管と、から成る冷媒回路を備え、
    前記レシーバに冷媒を流さない第1の運転モードと、前記レシーバに冷媒を流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
    前記第1の運転モードで前記アキュムレータから液冷媒が溢出せず、且つ、前記第2の運転モードで前記レシーバの液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲が作られるように、前記各機器、及び、前記冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量が設定され、前記冷媒回路内に前記適正冷媒量の範囲内で冷媒が充填されていることを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 前記第1の運転モードは前記車室内を暖房する運転モードであり、該運転モードでは前記圧縮機から吐出された冷媒が前記放熱器にて放熱し、放熱した当該冷媒は減圧された後、前記室外熱交換器にて吸熱し、該室外熱交換器を出た冷媒は前記アキュムレータを経て前記圧縮機に吸い込まれると共に、
    前記第2の運転モードは前記車室内を冷房する運転モードであり、該運転モードでは前記圧縮機から吐出された冷媒が前記放熱器を経て前記室外熱交換器に流入し、該室外熱交換器にて放熱し、放熱した当該冷媒は前記レシーバに流入し、該レシーバを出た冷媒は減圧された後、前記吸熱器にて吸熱し、吸熱した当該冷媒は前記アキュムレータを経て前記圧縮機に吸い込まれることを特徴とする請求項1に記載の車両用空気調和装置。
  3. 高負荷時において前記適正冷媒量の範囲が作られるように、前記各機器、及び、前記冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量が設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。
  4. 前記適正冷媒量の範囲が作られるように、前記室外熱交換器、前記アキュムレータ、前記レシーバ、及び、前記冷媒配管のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全ての容量が設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  5. 前記アキュムレータが傾いた場合にも当該アキュムレータから液冷媒が溢出しない量の冷媒が前記冷媒回路内に充填されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させるための室外熱交換器と、前記圧縮機の冷媒吸込側に設けられたアキュムレータと、前記室外熱交換器の冷媒出口側に設けられたレシーバと、前記各機器を接続する冷媒配管とから成る冷媒回路を備え、前記レシーバに冷媒を流さない第1の運転モードと、前記レシーバに冷媒を流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置を製造するにあたり、
    前記各機器、及び、前記冷媒配管のうちの少なくとも一つの容量を設定することにより、高負荷時における前記第1の運転モードで前記アキュムレータから液冷媒が溢出せず、且つ、高負荷時における前記第2の運転モードで前記レシーバの液冷媒が枯渇しない適正冷媒量の範囲を作り、前記冷媒回路内に前記適正冷媒量の範囲内で冷媒を充填することを特徴とする車両用空気調和装置の製造方法。
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