JP2019018705A - Air conditioner for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner.
特許文献1に記載のように、車両用空調装置としてヒートポンプを用いた技術が知られている。
ヒートポンプは、暖房運転等の際に室外熱交換器内で冷媒を蒸発させ、室外の熱をくみ上げる装置である。そのため、室外熱交換器に霜が付着して熱伝達を妨げるようになることがあり、徐々に性能が低下するといった不具合が発生する。そのため、除霜運転を定期的に行って、室外熱交換器に付着した霜を除去することが行われる。
一方、外気温が低いときは、室外熱交換器により外部の熱を集めるのにも限界があるため、冷媒配管にヒータを設け、冷媒を加熱することが行われている。
As described in
A heat pump is a device that evaporates refrigerant in an outdoor heat exchanger during heating operation or the like, and pumps up outdoor heat. For this reason, frost may adhere to the outdoor heat exchanger and heat transfer may be hindered, resulting in a problem that the performance gradually decreases. For this reason, the defrosting operation is periodically performed to remove frost attached to the outdoor heat exchanger.
On the other hand, when the outside air temperature is low, there is a limit to collecting external heat by the outdoor heat exchanger, so that a heater is provided in the refrigerant pipe to heat the refrigerant.
しかし、冷媒配管にヒータを取り付ける場合には、簡易な手段でヒータを取り付けられるようにしたい。また、ヒータから冷媒への伝熱効率を向上させるようにしたい。
そこで、本発明の課題は、簡易な手段でヒータを取り付けられ、ヒータから冷媒への伝熱効率を向上させることができる車両用空調装置を提供することである。
However, when a heater is attached to the refrigerant pipe, it is desired that the heater be attached by simple means. It is also desirable to improve the efficiency of heat transfer from the heater to the refrigerant.
Then, the subject of this invention is providing the vehicle air conditioner which can attach a heater with a simple means and can improve the heat-transfer efficiency from a heater to a refrigerant | coolant.
本発明は、コンプレッサ、室外熱交換器、室内熱交換器及び膨張弁を冷媒配管で接続し、車室内の空気調和を行う車両用空調装置であって、所定カ所の前記冷媒配管には冷媒を加熱する冷媒加熱ヒータが設けられた冷媒流路が設置され、前記冷媒加熱ヒータは前記冷媒流路に圧着されることを特徴とする。 The present invention is an air conditioner for a vehicle that connects a compressor, an outdoor heat exchanger, an indoor heat exchanger, and an expansion valve with a refrigerant pipe to perform air conditioning in a vehicle interior, and the refrigerant pipe is provided in a predetermined place with a refrigerant. A refrigerant flow path provided with a refrigerant heater for heating is installed, and the refrigerant heater is pressure-bonded to the refrigerant flow path.
本発明によれば、簡易な手段でヒータを取り付けられ、ヒータから冷媒への伝熱効率を向上させることができる車両用空調装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a heater can be attached by a simple means and the vehicle air conditioner which can improve the heat transfer efficiency from a heater to a refrigerant | coolant can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
[実施形態1]
図1は、本実施形態に係る車両用空調装置10の冷媒回路の系統図である。車両用空調装置10は、車室内を空気調和する装置である。以下では、車両用空調装置10で除湿運転と、暖房運転を行う場合の例で、車両用空調装置10各部の構成や動作について概説する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a system diagram of a refrigerant circuit of a
車両用空調装置10は、空調ユニット11と、ヒートポンプサイクル12と、制御ユニット(図示せず)を含んで構成される。主にヒートポンプサイクル12を構成する各装置は、冷媒配管20によって接続されている。
空調ユニット11には、空調ユニットケース51と、ブロア53と、エアミックスドア54と、蒸発器26と、室内熱交換器22とが設けられている。空調ユニットケース51の内部において空調空気が流通する。
The
The
空調ユニットケース51は、その一端にドア52を有し、他端に空気吹出口(図示せず)を有する。ブロア53、蒸発器26、エアミックスドア54及び室内熱交換器22が、ダクトにおける空調空気の流通方向の上流から下流に向けて、その順序で配置されている。空調空気の流通方向は、ドア52から空気吹出口への方向である。
The air
ドア52は、内気と外気との切換を行う。制御ユニットによる制御により、ドア52の開度が調整される。よって、空調ユニットケース51内に流入する空気の流量が調整される。取り込まれた空気は、空調空気として空調ユニットケース51内に導かれる。空気吹出口からは、空調ユニットケース51内を流通した空調空気が室内に排出される。
ブロア53は、ドア52から取り込まれた空調空気を下流、つまり蒸発器26に向けて送出する。ブロア53は、制御ユニットから印加された駆動電圧に応じて駆動される。空調空気の送出量は、駆動電圧により供給される電力により制御される。
The
The
蒸発器26は、膨張弁B25(後述)を介して流入した低温かつ低圧の冷媒と空調ユニットケース51内に取り込まれた空調空気との熱交換を行う。蒸発器26を通過する空調空気が有する熱は、冷媒が蒸発する際にその冷媒に吸熱される。これにより、蒸発器26を通過する空調空気が冷却されて蒸発器26が結露し、周囲の湿度が低下する。冷却された空調空気は、エアミックスドア54を介して室内熱交換器22に向けて、又は室内熱交換器22を迂回するように送出される。以下の説明では、気相の冷媒をガス冷媒と呼び、液相の冷媒を液冷媒と呼ぶことがある。
The
なお、蒸発器26の近傍部には、温度センサ(図示せず)が設置される。蒸発器26に設置された温度センサは、蒸発器26の温度を検出し、検出した温度を示す検出信号を制御ユニットに出力する。温度センサからの検出信号は、後述するように制御ユニットにおいて蒸発器26の温度に応じて空調負荷を定めるために用いられる。空調負荷として、例えば、コンプレッサ21の回転数が制御される。
A temperature sensor (not shown) is installed in the vicinity of the
エアミックスドア54は、空調ユニットケース51内の蒸発器26から室内熱交換器22に向かう通風経路を開放する加熱位置と、蒸発器26から室内熱交換器22を迂回する通風経路を開放する冷却位置との間で回動可能である。冷却位置にあるエアミックスドア54は、室内熱交換器22に向かう通風経路を遮断する。エアミックスドア54の回動位置は、制御ユニットにより加熱位置から冷却位置の間で制御される。この制御により、蒸発器26から送出される空調空気に室内熱交換器22を通過させるか否か、又は室内熱交換器22を通過する空調空気の流量と室内熱交換器22を迂回して空気吹出口から室内に排出される空調空気の流量との流量割合が調整される。除湿運転では、エアミックスドア54の回動位置は加熱位置に制御される。よって、蒸発器26から室内熱交換器22への通風経路が開放され、室内熱交換器22に流入される冷媒の熱が放熱される。以下の説明では、エアミックスドア54の回動位置を加熱位置に制御することを、エアミックスドア54を開く、と呼ぶことがある。また、その回動位置を冷却位置に制御することを、エアミックスドア54を閉じる、と呼ぶことがある。
The
室内熱交換器22は、コンプレッサ21から流入した高温かつ高圧の冷媒と熱交換器26を通過する空気との熱交換を行う。室内熱交換器22において、流入した冷媒が有する熱は、より温度が低い空調空気に放熱される。よって、室内熱交換器22を通過する空調空気が加熱される。室内熱交換器22を通過した空調空気は、空気吹出口から吹き出される。
The
次に、ヒートポンプサイクル12の構成及び機能について、主に運転モードが除湿運転である場合を例にして説明する。ヒートポンプサイクル12は、蒸発器26と室内熱交換器22の他、膨張弁A23、室外熱交換器24、膨張弁B25、アキュムレータ28及びコンプレッサ21を含んで構成される。除湿運転に必要な構成要素は室内熱交換器22、膨張弁A23、室外熱交換器24、膨張弁B25、蒸発器26、アキュムレータ28及びコンプレッサ21であり、除湿運転時においては、その順序で冷媒が循環する。
Next, the configuration and function of the
コンプレッサ21は、モータ(図示せず)によって駆動され、アキュムレータ28から流入するガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮する。コンプレッサ21は、圧縮により生じた高温かつ高圧の冷媒を室内熱交換器22に送出する。室内熱交換器22は空調ユニットケース51内の空気と冷媒との熱交換を行う。モータは、制御ユニットから供給される電力に応じた回転数で駆動される。
The
膨張弁A23は、室内熱交換器22から流入する冷媒を減圧させることにより膨張させる。膨張弁A23の開度は、制御ユニットにより制御される。減圧により生じた中程度の温度かつ中程度の圧力を有する気液2相の噴霧状の冷媒は、室外熱交換器24に送出される。中程度の温度、中程度の圧力を、それぞれ中間温、中間圧と呼ぶ。
The expansion valve A23 expands the refrigerant flowing from the
室外熱交換器24は、車室外に配置される。室外熱交換器24は、膨張弁A23から流入される冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器24における冷媒の温度が外気温よりも低い場合には、流入される冷媒は、外気が有する熱を吸熱する。これにより冷媒が昇温する。室外熱交換器24における冷媒の温度が外気温よりも高い場合には、流入される冷媒は外気に放熱する。これにより冷媒が冷却される。熱交換が行われた冷媒は、膨張弁B25を介して蒸発器26に送出される。
The
なお、室外熱交換器24の近傍部には、温度センサ(図示せず)が設置される。室外熱交換器24の近傍部に設置された温度センサは、外気温を検出し、検出した外気温を示す検出信号を制御ユニットに出力する。温度センサからの検出信号は、制御ユニットにおいて外気温に応じて空調負荷を定めるために用いられる。外気温に依存する空調負荷のパラメータとして、制御ユニットは、例えば、コンプレッサ21の回転数、各運転モードにおける冷媒の流路における各種の弁の開閉及び開度などを制御する。
A temperature sensor (not shown) is installed in the vicinity of the
分岐部33は、室外熱交換器24から流入する冷媒を電磁弁43及び膨張弁B25に分岐可能な構成を備える。電磁弁43は、制御ユニットの制御により流路を開閉する。除湿運転では、電磁弁43は、流路を閉じることで室外熱交換器24からの冷媒を遮断する。
他方、膨張弁B25は、室外熱交換器24から流入される冷媒を減圧させることにより膨張させる。膨張弁B25の開度は、制御ユニットにより制御される。減圧により生じた低温かつ低圧の冷媒は、蒸発器26に送出される。
The
On the other hand, the expansion valve B25 expands the refrigerant flowing from the
切換部34は、蒸発器26から流入される冷媒と電磁弁43から流入される冷媒との切換を行う。切換部34を通過した冷媒はアキュムレータ28に送出される。但し、除湿運転では、電磁弁43から冷媒が切換部34に流入しない。なお、冷媒加熱ヒータ65については後記する。
The switching
アキュムレータ28は、切換部34から流入される気液2相の冷媒からガス冷媒と液冷媒とを分離し、液冷媒を残留させる。アキュムレータ28において残留せずに分離されたガス冷媒は、コンプレッサ21に供給される。
The
次に、ヒートポンプサイクル12の機能について、運転モードが暖房運転である場合を例にして説明する。以下の説明では、運転モードが除湿運転である場合との差分を主として説明する。
暖房運転では、構成要素として膨張弁A23、室外熱交換器24、アキュムレータ28及びコンプレッサ21の順序で冷媒が循環する。
暖房運転では、膨張弁A23は、制御ユニットからの制御により、流路を開放する。膨張弁A23は、室内熱交換器22から流入される冷媒を減圧させることにより膨張させる。減圧により生じた低温かつ低圧の冷媒は、室外熱交換器24に送出される。
Next, the function of the
In the heating operation, the refrigerant circulates in the order of the expansion valve A23, the
In the heating operation, the expansion valve A23 opens the flow path under the control of the control unit. The expansion valve A23 expands the refrigerant flowing from the
室外熱交換器24では、膨張弁A23から流入される低温の冷媒は、より温度が高い外気が有する熱を吸熱する。これにより冷媒が加熱される。暖房運転では、電磁弁43は、流路を開放するように制御される。他方、膨張弁B25は、制御ユニットからの制御により、流路を閉じる。よって、室外熱交換器24において吸熱した冷媒は、分岐部33、電磁弁43及び切換部34を介してアキュムレータ28に送出される。また、制御ユニットは、熱交換器22通風するようにエアミックスドア54を位置調整する。
In the
従って、冷媒が循環することで室内熱交換器22の温度が上昇する一方で、蒸発器26の温度は低下しない。空調ユニットケース51に流入した空調空気は、蒸発器26により冷却されず、室内熱交換器22を通過する過程で加熱されたうえで排出される。排出される空調空気は、暖房として供給される。
以上、除湿運転と、暖房運転を行う場合の例について車両用空調装置10の構成と動作について説明した。ここで、冷房運転に必要な構成の図示、説明は省略する。
Therefore, while the temperature of the
Heretofore, the configuration and operation of the
ところで、例えば切換部34とアキュムレータ28との間の冷媒配管62には、冷媒を加熱する冷媒加熱ヒータ65が配置されている。冷媒加熱ヒータ65は外気温が低くて室外熱交換器24により十分な熱量を集められない場合に冷媒を加熱するように制御ユニットにより制御される。冷媒加熱ヒータ65は冷媒流路ヒータ装置63に取り付けられて、冷媒配管62に配置される。
以下では、切換部34とアキュムレータ28との間の冷媒配管62に冷媒流路ヒータ装置63を設けることで冷媒加熱ヒータ65を取り付けるための手段について具体的に説明する。
Incidentally, for example, a
Below, the means for attaching the refrigerant |
図2は、冷媒配管62に配置される冷媒流路ヒータ装置63の側面図(a)と、(a)のA−A断面図(b)である。この冷媒流路ヒータ装置63は、両端がそれぞれ切換部34側とアキュムレータ28側の冷媒配管62に接続される。冷媒流路ヒータ装置63は、2本の冷媒流路64を備えている。冷媒流路64は、長尺状で縦断面が例えば長方形の冷媒の流路である。各冷媒流路64内には、複数本(図2の例で5本)の分割流路64aが設けられ、この中を冷媒が流通する。2本の冷媒流路64の間には、冷媒加熱ヒータ65が設けられている。冷媒加熱ヒータ65は長尺の平板状をしており、短手方向の幅は冷媒流路64とほぼ同一である。冷媒加熱ヒータ65は、例えばPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータを用いている。
FIG. 2 is a side view (a) of the refrigerant flow
図3は、冷媒加熱ヒータ65の縦断面図である。冷媒加熱ヒータ65は、最外周に例えばアルミ製のケース81を備えている。ケース81の内周面には絶縁フィルム82が形成されている。そして、絶縁フィルム82内に両側に電極83が設けられたPTC素子84が収納されている。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the
このような冷媒流路ヒータ装置63の両端には、それぞれ、冷媒流路ヒータ装置63を冷媒配管62に接続するための連結部66が設けられている。連結部66には、冷媒配管62を接続する丸孔状の接続部66aと、冷媒配管62のフランジ部(図示せず)とボルト締結するためのボルト孔66bとが設けられている。連結部66を介して冷媒流路ヒータ装置63と冷媒配管62を接続することで、冷媒流路64と冷媒配管62との間で冷媒が流通する。
また、各分割流路64aの冷媒加熱ヒータ65側の内壁64bには、通路64a内に向かって突起64cが延出している。
At both ends of such a refrigerant flow
Further, a
次に、冷媒流路ヒータ装置63の組み立て構造について説明する。図4は、冷媒流路ヒータ装置63への冷媒加熱ヒータ65の取り付けを説明する上面図(a)、連結部66に対する2本の冷媒流路64の取り付けを説明する側面図(b)、(b)のB−B断面図(c)(d)である。
Next, the assembly structure of the refrigerant flow
図4(b)に示すように、2本の冷媒流路64の両端64dは、それぞれ連結部66の接続部66aとは反対側に形成された挿通孔66cに挿通し、2本の冷媒流路64と連結部66とは例えばロウ付けにより接合している。このとき、図4(c)に示すように、2本の冷媒流路64の間には冷媒加熱ヒータ65を収納できる空間67が形成されている。
As shown in FIG. 4 (b), both ends 64d of the two
そして、図4(c)に示すように、空間67内に上から冷媒加熱ヒータ65を収納する。そして、図4(a)(d)に示すように、2本の冷媒流路64のそれぞれ側部外側における複数個所から、当該2本の冷媒流路64を加圧して当該冷媒流路64をカシメる(矢印68でカシメ位置を例示している)。これにより、冷媒加熱ヒータ65を2本の冷媒流路64にカシメ固定している。よって、冷媒加熱ヒータ65と2本の冷媒流路64とは圧着する。
このように、冷媒加熱ヒータ65を2本の冷媒流路64にカシメ固定しているので、2本の冷媒流路64のカシメ位置68における上部、下部は、変形により幾分盛り上がる。
And as shown in FIG.4 (c), the refrigerant |
Thus, since the
図5は、本実施形態の変形例である。(a)は冷媒流路ヒータ装置63の斜視図であり、(b)は(a)のC−C断面図である。この変形例は、冷媒流路ヒータ装置63のみが、図2、図4に示すものと異なる。図5において、図2、図4の冷媒流路ヒータ装置63と同様の部材等については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5が前記の実施形態と異なるのは、冷媒流路64と冷媒加熱ヒータ65を1つずつ増やして、2つの冷媒流路64で冷媒加熱ヒータ65を挟み込む構造をもう一つ増やしている点である。なお、2つの冷媒流路64で冷媒加熱ヒータ65を挟み込む構造をさらに増やしてもよい。
FIG. 5 is a modification of the present embodiment. (A) is a perspective view of the refrigerant | coolant flow
FIG. 5 is different from the above-described embodiment in that the
本実施形態によれば、冷媒加熱ヒータ65を2本の冷媒流路64に圧着して固定しているので、簡易な手段で冷媒加熱ヒータ65を2本の冷媒流路64に取り付けられ、冷媒加熱ヒータ65から冷媒への伝熱効率を向上させることができる。
また、冷媒加熱ヒータ65を冷媒流路64に圧着する手段としてカシメ固定を用いているので、簡易な手段で冷媒加熱ヒータ65を冷媒流路64に取り付けられる。
According to the present embodiment, since the
Further, since caulking is used as a means for pressure-bonding the
さらに、冷媒流路64内には、各分割流路64aの冷媒加熱ヒータ65側の内壁64bに、通路64a内に向かって突起64cが延出している。そのため、各分割流路64aを流れる冷媒への冷媒加熱ヒータ65の発する熱の伝熱効率を高めることができる。
さらに、冷媒加熱ヒータ65と冷媒流路64の端部に設けられた連結部66によって、冷媒配管62に冷媒流路ヒータ装置63を容易に取り付けることができる。
Further, in the
Further, the refrigerant
[実施形態2]
本実施例の説明で、実施形態1と同様の部材等については実施形態1と同様の符号を用い、詳細な説明は省略する。
本実施形態の車両用空調装置10の全体構成は実施形態1と同様である。本実施形態が実施形態1と異なるのは、図4に示す変形例において、冷媒流路64に冷媒加熱ヒータ65を圧着する手段が異なることである。
[Embodiment 2]
In the description of the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for members and the like similar to those in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
The overall configuration of the
図6は、本実施形態における冷媒流路ヒータ装置63を示す縦断面図である。すなわち、各冷媒加熱ヒータ65は両側から冷媒流路64により挟まれて筐体71に収納されている。筐体71は、2つの筐体71a,71aからなり、2つの筐体71a,71aを合せることによって、その内部に冷媒流路ヒータ装置63を収納することができる。この内部は冷媒流路ヒータ装置63の形状に合っているが、冷媒流路ヒータ装置63の体積より少しだけ狭い。このような筐体71内に冷媒流路ヒータ装置63を収納して、2つの筐体71a,71aのそれぞれのフランジ部72b,72bをボルト72で締結する。これにより、冷媒流路64を締めつけて冷媒流路64に冷媒加熱ヒータ65を圧着することができる。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the refrigerant flow
本実施形態によれば、冷媒加熱ヒータ65を2本の冷媒流路64に圧着して固定しているので、簡易な手段で冷媒加熱ヒータ65を2本の冷媒流路64に取り付けられ、冷媒加熱ヒータ65から冷媒への伝熱効率を向上させることができる。
また、冷媒加熱ヒータ65を冷媒流路64に圧着する手段としてボルト締め固定を用いているので、簡易な手段で冷媒加熱ヒータ65を冷媒流路64に取り付けられる。
According to the present embodiment, since the
In addition, since bolt fastening is used as means for pressure-bonding the
さらに、実施形態1と同様に、冷媒流路64内には、各通路64aの冷媒加熱ヒータ65側の内壁64bに、通路64a内に向かって突起64cが延出している。そのため、各通路64aを流れる冷媒への冷媒加熱ヒータ65の発する熱の伝熱効率を高めることができる。
さらに、実施形態1と同様に、冷媒加熱ヒータ65と冷媒流路64の端部に設けられた連結部66によって、冷媒配管62に冷媒流路ヒータ装置63を容易に取り付けることができる。
Further, as in the first embodiment, in the
Further, similarly to the first embodiment, the refrigerant
なお、各実施形態において、冷媒流路ヒータ装置63、すなわち、冷媒加熱ヒータ65は、冷媒を加熱できるのであれば、冷媒配管20の様々な経路に設けることができる。
In each embodiment, the refrigerant flow
10 車両用空調装置
21 コンプレッサ
22 室内熱交換器
23 膨張弁A
24 室外熱交換器
25 膨張弁B
62 冷媒配管
64 冷媒流路
64b 内壁
64c 突起
65 冷媒加熱ヒータ
66 連結部
71,71a 筐体
72 ボルト
DESCRIPTION OF
24
62 Refrigerant piping 64
Claims (5)
所定箇所の前記冷媒配管には冷媒を加熱する冷媒加熱ヒータが設けられた冷媒流路が接続され、
前記冷媒加熱ヒータは前記冷媒流路に圧着されることを特徴とする車両用空調装置。 A vehicle air conditioner that connects a compressor, an outdoor heat exchanger, an indoor heat exchanger, and an expansion valve with a refrigerant pipe to perform air conditioning in a vehicle interior,
A refrigerant passage provided with a refrigerant heater for heating the refrigerant is connected to the refrigerant pipe at a predetermined location,
The vehicle air conditioner, wherein the refrigerant heater is pressure-bonded to the refrigerant flow path.
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