JP2020026197A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両に搭載されたバッテリやそれ以外の被温調対象の温度調整を円滑に行うことが可能となる車両用空気調和装置を提供する。【解決手段】バッテリ55と走行用モータ65に熱媒体を循環させて、これらの温度を調整する機器温度調整装置61を備える。機器温度調整装置は、熱媒体をバッテリ及び被温調対象に循環させる循環ポンプ62、63、87と、冷媒と熱媒体とを熱交換させる冷媒−熱媒体熱交換器64と、外気と熱媒体とを熱交換させる空気−熱媒体熱交換器67と、バッテリ及び走行用モータへの熱媒体の循環を制御する三方弁81〜83を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、ヒートポンプ式の車両用空気調和装置に関するものである。
近年の環境問題の顕在化から、車両に搭載されたバッテリから供給される電力で走行用モータを駆動するハイブリッド自動車や電気自動車等の車両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、圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、室外熱交換器が接続された冷媒回路を備え、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熱交換器において吸熱させることで車室内を暖房し、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させることで車室内を冷房するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、バッテリは低温環境下では充放電性能が低下する。また、自己発熱等で高温となった環境下で充放電を行うと、劣化が進行し、やがては作動不良を起こして破損する危険性もある。そこで、冷媒回路を循環する冷媒と熱交換する冷却水(熱媒体)をバッテリに循環させることでバッテリの温度を調整することができるようにしたものも開発されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2014−213765号公報 特許第5440426号公報
上記のようにバッテリを冷却することで、バッテリの異常高温に伴う劣化を防止しながら、バッテリの廃熱を、冷却水を介して冷媒に回収し、車室内の暖房に寄与することができるものであるが、車室内の暖房が必要な例えば冬場等の低外気温環境下では、バッテリの温度も上がり難くなるため、冷却の必要性は低く、却って冷却することでバッテリ温度が低下し過ぎて性能が低下する危険性もあり、廃熱回収の効果も余り期待できない。
他方、車両にはバッテリ以外に上述した走行用モータ等(バッテリ以外の被温調対象)も搭載されており、これら走行用モータ等も駆動されて発熱するため、安定した動作を行わせるためには冷却が必要となる。また、走行用モータ等はバッテリに比してより低温でも駆動可能である。
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、車両に搭載されたバッテリやそれ以外の被温調対象の温度調整を円滑に行うことが可能となる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。
本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、車室外に設けられた室外熱交換器と、制御装置を備えて車室内を空調するものであって、車両に搭載されたバッテリと当該バッテリ以外の所定の被温調対象に熱媒体を循環させて、これらバッテリ及び被温調対象の温度を調整するための機器温度調整装置を備え、この機器温度調整装置は、熱媒体をバッテリ及び被温調対象に循環させるための循環装置と、冷媒と熱媒体とを熱交換させ、冷媒を熱媒体から吸熱させるための冷媒−熱媒体熱交換器と、外気と熱媒体とを熱交換させるための空気−熱媒体熱交換器と、バッテリ及び被温調対象への熱媒体の循環を制御するための流路切換装置を有す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、上記発明において空気−熱媒体熱交換器は、室外熱交換器の風下側に配置されてい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制御装置は、循環装置及び流路切換装置を制御することにより、冷媒−熱媒体熱交換器を出た熱媒体をバッテリに循環させること無く、被温調対象に循環させる第1の流路制御状態と、バッテリと冷媒−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させ、且つ、被温調対象と空気−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させる第2の流路制御状態を切り換えて実行可能と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、上記発明において機器温度調整装置は、熱媒体を加熱するための加熱装置を有し、制御装置は、循環装置及び流路切換装置により、バッテリと加熱装置との間で熱媒体を循環させ、且つ、被温調対象と冷媒−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させる第3の流路制御状態を切り換えて実行可能と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制御装置は少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させて車室内を暖房する空調運転と、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させて車室内を冷房する空調運転を切り換えて実行可能とされており、各空調運転において冷媒を減圧した後、冷媒−熱媒体熱交換器に流し、熱媒体から吸熱させることが可能とされてい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、車室外に設けられた室外熱交換器と、制御装置を備えて車室内を空調する車両用空気調和装置において、車両に搭載されたバッテリと当該バッテリ以外の所定の被温調対象に熱媒体を循環させて、これらバッテリ及び被温調対象の温度を調整するための機器温度調整装置を備え、この機器温度調整装置に、熱媒体をバッテリ及び被温調対象に循環させるための循環装置と、冷媒と熱媒体とを熱交換させ、冷媒を熱媒体から吸熱させるための冷媒−熱媒体熱交換器と、外気と熱媒体とを熱交換させるための空気−熱媒体熱交換器と、バッテリ及び被温調対象への熱媒体の循環を制御するための流路切換装置を設けたので、制御装置により循環装置及び流路切換装置を制御することで、冷媒−熱媒体熱交換器で冷媒により冷却された熱媒体や、空気−熱媒体熱交換器で外気により冷却された熱媒体を用い、車両に搭載されたバッテリや当該バッテリ以外の被温調対象を様々なかたちで冷却することができるようになり、利便性の富んだものとなる。
例えば、請求項3の発明の如く制御装置により循環装置及び流路切換装置を制御し、冷媒−熱媒体熱交換器を出た熱媒体をバッテリに循環させること無く、被温調対象に循環させる第1の流路制御状態と、バッテリと冷媒−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させ、且つ、被温調対象と空気−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させる第2の流路制御状態を切り換えて実行可能とすることで、第1の流路制御状態ではバッテリを冷却すること無く、バッテリ以外の車両に搭載された被温調対象の熱を冷媒に回収し、当該被温調対象を冷却しながら、請求項5の発明の如き車室内の暖房を行うことができるようになる。
これにより、車室内の暖房を行うときに、バッテリ以外の被温調対象の熱を有効に利用して効率良く車室内の暖房を行い、室外熱交換器への着霜を抑制しながら被温調対象の冷却を行うことができるようになる。このときバッテリは冷却しないので、特に外気温が低い等のバッテリの冷却を必要としない環境下でバッテリに与える悪影響も未然に回避することが可能となる。
一方、第2の流路制御状態では冷媒−熱媒体熱交換器を出た熱媒体をバッテリに循環させて当該バッテリを冷却し、被温調対象と空気−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させて被温調対象を冷却することで、請求項5の発明の如き車室内の冷房を行う際に、バッテリは冷媒を用いて冷却しながら、バッテリ以外の被温調対象は外気により円滑に冷却することができるようになる。これにより、外気温が高い環境下において、バッテリと被温調対象の双方を冷却し、性能の低下を回避することができるようになる。
この場合、請求項2の発明の如く空気−熱媒体熱交換器を、室外熱交換器の風下側に配置すれば、室外熱交換器の放熱作用を空気−熱媒体熱交換器が阻害する不都合も回避することができるようになる。
また、請求項4の発明の如く機器温度調整装置に熱媒体を加熱するための加熱装置を設け、制御装置が循環装置及び流路切換装置により、バッテリと加熱装置との間で熱媒体を循環させ、且つ、被温調対象と冷媒−熱媒体熱交換器の間で熱媒体を循環させる第3の流路制御状態を切り換えて実行可能とすることで、特に低外気温の環境下において、被温調対象を冷媒により冷却してその廃熱を回収しながら、加熱装置によりバッテリを加熱し、バッテリの温度が下がり過ぎて性能が低下してしまう不都合も解消することができるようになる。
本発明を適用した車両用空気調和装置の一実施例の構成図である(実施例1)。 図1の車両用空気調和装置の制御装置としての空調コントローラのブロック図である。 図2の空調コントローラによる暖房運転を説明する図である。 図2の空調コントローラによる除湿暖房運転を説明する図である。 図2の空調コントローラによる除湿冷房運転/冷房運転を説明する図である。 図2の空調コントローラによる暖房/廃熱回収モードを説明する図である。 図2の空調コントローラによる冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを説明する図である。 本発明を適用した他の実施例の車両用空気調和装置の構成図である(実施例2)。 図8の車両用空気調和装置において空調コントローラが実行する暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを説明する図である。
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は本発明を適用した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、車両にバッテリ55(例えば、リチウム電池)が搭載され、外部電源からバッテリ55に充電された電力を走行用モータ(電動モータ)65に供給することで駆動し、走行するものである。そして、車両用空気調和装置1も、バッテリ55から給電されて駆動されるものである。
即ち、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Rを用いたヒートポンプ運転により暖房運転を行い、更に、除湿暖房運転や、除湿冷房運転、冷房運転の各空調運転を選択的に実行することで、車室内の空調を行うものである。
尚、上記暖房運転と除湿暖房運転が本発明における車室内を暖房する空調運転であり、上記冷房運転と除湿冷房運転が本発明における車室内を冷房する空調運転である。また、車両として係る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が有効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(電動圧縮機)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、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器(凝縮器)として機能し、暖房時には冷媒を吸熱させる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ための室外熱交換器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(除湿時)に車室内外から冷媒に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9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。室外膨張弁6や室内膨張弁8は、冷媒を減圧膨張させると共に、全開や全閉も可能とされている。
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の冷媒出口側に接続された冷媒配管13Aは、逆止弁18を介して冷媒配管13Bに接続されている。尚、逆止弁18は冷媒配管13B側が順方向とされ、この冷媒配管13Bは室内膨張弁8に接続されている。
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電磁弁21を介して吸熱器9の出口側に位置する冷媒配管13Cに連通接続されている。そして、この冷媒配管13Dの接続点より下流側の冷媒配管13Cに逆止弁20が接続され、この逆止弁20より下流側の冷媒配管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。尚、逆止弁20はアキュムレータ12側が順方向とされている。
更に、放熱器4の出口側の冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前(冷媒上流側)で冷媒配管13Jと冷媒配管13Fに分岐しており、分岐した一方の冷媒配管13Jが室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管13Fは除湿時に開放される電磁弁22を介して逆止弁18の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bに連通接続されている。
これにより、冷媒配管13Fは室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18の直列回路に対して並列に接続されたかたちとなり、室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18をバイパスする回路となる。
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)と、車室外の空気である外気(外気導入)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、図1において23は補助加熱装置としての補助ヒータである。この補助ヒータ23は実施例ではPTCヒータ(電気ヒータ)から構成されており、空気流通路3の空気の流れに対して、放熱器4の空気下流側となる空気流通路3内に設けられている。そして、補助ヒータ23が通電されて発熱すると、これが所謂ヒータコアとなり、車室内の暖房を補完する。
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、当該空気流通路3内に流入し、吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気(内気や外気)を放熱器4及び補助ヒータ23に通風する割合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、FOOT(フット)、VENT(ベント)、DEF(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。
更に、車両用空気調和装置1は、バッテリ55や走行用モータ65に熱媒体を循環させてこれらバッテリ55や走行用モータ65の温度を調整するための機器温度調整装置61を備えている。即ち、実施例においては走行用モータ65が車両に搭載されたバッテリ55以外の所定の被温調対象となる。尚、本発明における被温調対象としての走行用モータ65は電動モータそのものに限らず、これを駆動するためのインバータ回路等の電気機器も含む概念とする。また、被温調対象としては走行用モータ65以外の車両に搭載されて発熱する機器が適用可能であることは云うまでもない。
この実施例の機器温度調整装置61は、バッテリ55や走行用モータ65に熱媒体を循環させるための循環装置としての第1循環ポンプ62及び第2循環ポンプ63と、冷媒−熱媒体熱交換器64と、空気−熱媒体熱交換器67と、流路切換装置としての第1三方弁81、第2三方弁82及び第3三方弁83を備え、それらとバッテリ55及び走行用モータ65が熱媒体配管68にて接続されている。
この実施例の場合、第1循環ポンプ62の吐出側に熱媒体配管68Aが接続され、この熱媒体配管68Aは第1三方弁81の入口に接続されている。この第1三方弁81の一方の出口は熱媒体配管68Bに接続され、この熱媒体配管68Bはバッテリ55の入口に接続されている。そして、バッテリ55の出口は熱媒体配管68Cに接続され、この熱媒体配管68Cは第2三方弁82の入口に接続されている。第1三方弁81の他方の出口は熱媒体配管68Dに接続され、この熱媒体配管68Dはバッテリ55と第2三方弁82の間の熱媒体配管68Cに連通接続されている。これにより、熱媒体配管68Dはバッテリ55をバイパスするかたちとなる。
また、第2三方弁82の一方の出口は熱媒体配管68Eに接続され、この熱媒体配管68Eは冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの入口に接続されている。そして、この熱媒体流路64Aの出口に熱媒体配管68Fが接続され、この熱媒体配管68Fが第1循環ポンプ62の吸込側に接続されている。
一方、第2循環ポンプ63の吐出側に熱媒体配管68Gが接続され、この熱媒体配管68Gは走行用モータ65の入口に接続されている。尚、第2三方弁82の他方の出口は熱媒体配管68Hに接続され、この熱媒体配管68Hは第2循環ポンプ63と走行用モータ65の間の熱媒体配管68Gに連通接続されている。そして、走行用モータ65の出口は熱媒体配管68Jに接続され、この熱媒体配管68Jは第3三方弁83の入口に接続されている。
この第3三方弁83の一方の出口は熱媒体配管68Kに接続され、この熱媒体配管68Kは第2三方弁82と冷媒−熱媒体熱交換器64の間の熱媒体配管68Eに連通接続されている。また、第3三方弁83の他方の出口は熱媒体配管68Lに接続され、この熱媒体配管68Lは空気−熱媒体熱交換器67の入口に接続されている。そして、この空気−熱媒体熱交換器67の出口に熱媒体配管68Mが接続され、この熱媒体配管68Mが第2循環ポンプ63の吸込側に接続されている。
この機器温度調整装置61で使用される熱媒体としては、例えば水、HFO−1234yfのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、実施例では水を熱媒体として採用している。また、バッテリ55や走行用モータ65の周囲には例えば熱媒体が当該バッテリ55や走行用モータ65と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。また、空気−熱媒体熱交換器67は、室外送風機15で通風される外気(空気)の流れ(風路)に対して、室外熱交換器7の風下側に配置されている。
そして、第1三方弁81が入口と他方の出口を連通し、第2三方弁82が入口と他方の出口を連通し、第3三方弁83が入口と一方の出口を連通する状態に切り換えられているときに、第1循環ポンプ62が運転されると、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68D、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68H、熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68K、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる循環を行う。これを第1の流路制御状態とする。
この第1の流路制御状態では、後述する如く冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体は走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65から廃熱を回収すると共に、走行用モータ65自体は冷却されることになる。一方、バッテリ55には熱媒体は循環されないので、バッテリ55が熱媒体により冷却されることは無い。
次に、第1三方弁81が入口と一方の出口を連通し、第2三方弁82が入口と一方の出口を連通し、第3三方弁83が入口と他方の出口を連通する状態に切り換えられ、第1循環ポンプ62及び第2循環ポンプ63が運転されると、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68B、バッテリ55、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる。他方、第2循環ポンプ63から吐出された熱媒体は熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68L、空気−熱媒体熱交換器67、熱媒体配管68Mの順に流れて第2循環ポンプ63に吸い込まれる循環を行う。これを第2の流路制御状態とする。
この第2の流路制御状態では、バッテリ55と冷媒−熱媒体熱交換器64の間で熱媒体が循環される。従って、後述する如く冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体はバッテリ55に循環され、このバッテリ55と熱交換して当該バッテリ55を冷却する。また、走行用モータ65と空気−熱媒体熱交換器67の間で熱媒体が循環される。従って、空気−熱媒体熱交換器67で外気により冷却(空冷)された熱媒体は走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65を冷却することになる。
一方、冷媒回路Rの冷媒配管13Fの出口、即ち、冷媒配管13Fと冷媒配管13Bとの接続部の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bには分岐回路としての分岐配管72の一端が接続されている。この分岐配管72には電動弁から構成された補助膨張弁73が設けられている。この補助膨張弁73は冷媒−熱媒体熱交換器64の後述する冷媒流路64Bに流入する冷媒を減圧膨張させると共に全閉も可能とされている。
そして、分岐配管72の他端は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに接続されており、この冷媒流路64Bの出口には冷媒配管74の一端が接続され、冷媒配管74の他端は逆止弁20の冷媒下流側であって、アキュムレータ12の手前(冷媒上流側)の冷媒配管13Cに接続されている。そして、これら補助膨張弁73等も冷媒回路Rの一部を構成すると同時に、機器温度調整装置61の一部をも構成することになる。
補助膨張弁73が開いている場合、冷媒配管13Fや室外熱交換器7から出た冷媒(一部又は全ての冷媒)は分岐配管27に流入し、補助膨張弁73で減圧された後、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して、そこで蒸発する。冷媒は冷媒流路64Bを流れる過程で熱媒体流路64Aを流れる熱媒体から吸熱した後、アキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれることになる。
次に、図2において32は車両用空気調和装置1の制御を司る制御装置としての空調コントローラ32である。この空調コントローラ32は、走行用モータ65の駆動制御やバッテリ55の充放電制御を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ35(ECU)に車両通信バス45を介して接続され、情報の送受信を行う構成とされている。これら空調コントローラ32や車両コントローラ35(ECU)は何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロコンピュータから構成されている。
空調コントローラ32(制御装置)の入力には、車両の外気温度(Tam)を検出する外気温度センサ33と、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(吐出圧力Pd)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の吸込冷媒温度を検出する吸込温度センサ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:放熱器温度TCI)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:放熱器圧力PCI)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を経た空気の温度、又は、吸熱器9自体の温度:吸熱器温度Te)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、設定温度や空調運転の切り換えを設定するための空調操作部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:室外熱交換器温度TXO。室外熱交換器7が蒸発器として機能するとき、室外熱交換器温度TXOは室外熱交換器7における冷媒の蒸発温度となる)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。
また、空調コントローラ32の入力には更に、バッテリ55の温度(バッテリ55自体の温度、又は、バッテリ55を出た熱媒体の温度、或いは、バッテリ55に入る熱媒体の温度:バッテリ温度Tb)を検出するバッテリ温度センサ76と、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度センサ77と、走行用モータ65の温度(走行用モータ65自体の温度、又は、走行用モータ65を出た熱媒体の温度、或いは、走行用モータ65に入る熱媒体の温度:走行用モータ温度Tm)を検出する走行用モータ温度センサ78の各出力も接続されている。
尚、上記バッテリ55を出た熱媒体の温度やバッテリ55に入る熱媒体の温度が、当該バッテリ55の温度を示す指標の値となり、走行用モータ65を出た熱媒体の温度や走行用モータ65に入る熱媒体の温度が、当該走行用モータ65の温度を示す指標の値となる。
一方、空調コントローラ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、電磁弁22(除湿)、電磁弁21(暖房)の各電磁弁と、補助ヒータ23、第1及び第2循環ポンプ62、63、補助膨張弁73、第1〜第3三方弁81〜83が接続されている。そして、空調コントローラ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、車両コントローラ35からの情報に基づいてこれらを制御するものである。
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置1の動作について説明する。空調コントローラ32(制御装置)は、この実施例では暖房運転と、除湿暖房運転と、除湿冷房運転と、冷房運転の各空調運転を切り換えて実行すると共に、バッテリ55や走行用モータ65(被温調対象)の温度を調整する。先ず、車両用空気調和装置1の冷媒回路Rの各空調運転について説明する。
(1)暖房運転(車室内を暖房する空調運転)
最初に、図3を参照しながら暖房運転について説明する。図3は暖房運転における冷媒回路Rの冷媒の流れ(実線矢印)を示している。冬場等に空調コントローラ32により(オートモード)、或いは、空調操作部53へのマニュアル操作(マニュアルモード)により暖房運転が選択されると、空調コントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、室内膨張弁8を全閉とする。また、電磁弁22(除湿用)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及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。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、13J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(吸熱)。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなる。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、当該冷媒配管13Cの逆止弁20を経てアキュムレータ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。
空調コントローラ32は、後述する目標吹出温度TAOから算出される目標ヒータ温度TCO(放熱器4の風下側の空気温度の目標値)から目標放熱器圧力PCO(放熱器4の圧力PCIの目標値)を算出し、この目標放熱器圧力PCOと、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器4の冷媒圧力(放熱器圧力PCI。冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器温度センサ46が検出する放熱器4の温度(放熱器温度TCI)及び放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力PCI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。前記目標ヒータ温度TCOは基本的にはTCO=TAOとされるが、制御上の所定の制限が設けられる。また、放熱器4による暖房能力が不足する場合には補助ヒータ23に通電して発熱させ、暖房能力を補完する。
(2)除湿暖房運転(車室内を暖房する空調運転)
次に、図4を参照しながら除湿暖房運転について説明する。図4は除湿暖房運転における冷媒回路Rの冷媒の流れ(実線矢印)を示している。除湿暖房運転では、空調コントローラ32は上記暖房運転の状態において電磁弁22を開放し、室内膨張弁8を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とする。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、この分流された冷媒が電磁弁22を経て冷媒配管13Fに流入し、冷媒配管13Bから室内膨張弁8に流れ、残りの冷媒が室外膨張弁6に流れるようになる。即ち、分流された一部の冷媒が室内膨張弁8にて減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。
空調コントローラ32は吸熱器9の出口における冷媒の過熱度(SH)を所定値に維持するように室内膨張弁8の弁開度を制御するが、このときに吸熱器9で生じる冷媒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。分流されて冷媒配管13Jに流入した残りの冷媒は、室外膨張弁6で減圧された後、室外熱交換器7で蒸発することになる。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cに出て冷媒配管13Dからの冷媒(室外熱交換器7からの冷媒)と合流した後、逆止弁20及びアキュムレータ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。
空調コントローラ32は目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力PCI(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
(3)除湿冷房運転(車室内を冷房する空調運転)
次に、図5を参照しながら除湿冷房運転について説明する。図5は除湿冷房運転における冷媒回路Rの冷媒の流れ(実線矢印)を示している。除湿冷房運転では、空調コントローラ32は室内膨張弁8を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とし、電磁弁21と電磁弁22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及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。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、逆止弁18を経て冷媒配管13Bに入り、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で蒸発した冷媒は冷媒配管13C及び逆止弁20を経てアキュムレータ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を通過する過程でリヒート(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。
空調コントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づき、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOにするように圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力PCI(冷媒回路Rの高圧圧力)と目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力PCIの目標値)に基づき、放熱器圧力PCIを目標放熱器圧力PCOにするように室外膨張弁6の弁開度を制御することで放熱器4による必要なリヒート量を得る。
(4)冷房運転(車室内を冷房する空調運転)
次に、冷房運転について説明する。冷媒回路Rの流れは図5の除湿冷房運転と同様である。夏場等に実行されるこの冷房運転では、空調コントローラ32は上記除湿冷房運転の状態において室外膨張弁6の弁開度を全開とする。尚、エアミックスダンパ28は放熱器4及び補助ヒータ23に空気が通風される割合を調整する状態とする。
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には空気流通路3内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒートのみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至る。このとき室外膨張弁6は全開とされているので冷媒はそのまま室外膨張弁6を経て冷媒配管13Jを通過し、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、逆止弁18を経て冷媒配管13Bに入り、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に凝結して付着し、空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は冷媒配管13C及び逆止弁20を経てアキュムレータ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。この冷房運転においては、空調コントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(5)空調運転の切り換え
空調コントローラ32は下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
そして、空調コントローラ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とに基づいて上記各空調運転のうちの何れかの空調運転を選択する。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空調運転を選択し、切り換えていくものである。
(6)暖房/廃熱回収モード
次に、図6を参照しながら上述した暖房運転や除湿暖房運転において空調コントローラ32が実行する暖房/廃熱回収モードについて説明する。即ち、空調コントローラ32は以下に説明する暖房/廃熱回収モードを有している。尚、以下の説明では暖房運転中に行う場合について説明する。
ここで、前述した如く走行用モータ65は走行により駆動されると発熱する。そして、その温度が異常に高くなると機能不全に陥って性能が低下すると共に、最悪の場合には故障する危険性もある。この走行用モータ65の適温範囲(使用温度範囲)は一般的に知られているものであるが、この出願では−15℃以上、+60℃以下の範囲とする。そして、この出願では走行用モータ65の適温範囲の例えば最も低い値である−15℃を走行用モータ65の温度(走行用モータ温度Tm)の下限閾値TLmとし、最も高い値である+60℃を上限閾値THmとする。
また、バッテリ55は外気温度により温度が変化すると共に、自己発熱によっても温度が変化する。そして、外気温度が高温環境であるときや極低温環境であるときには、バッテリ55の温度が極めて高くなり、或いは、極めて低くなって、充放電が困難となる。このバッテリ55の適温範囲(使用温度範囲)も一般的に知られているものであるが、走行用モータ65の適温範囲よりも狭く、この出願では0℃以上、+40℃以下の範囲とする。そして、この出願ではバッテリ55の適温範囲の例えば最も低い値である0℃をバッテリ55の温度(バッテリ温度Tb)の下限閾値TLbとし、最も高い値である+40℃を上限閾値THbとする。
そして、これら走行用モータ65やバッテリ55の温度が高くなるときに、その廃熱を回収できれば、暖房運転や除湿暖房運転ではそれらを冷却しながら廃熱を車室内の暖房に寄与させることが可能となるが、特に暖房運転は冬場等の低外気温環境下で行われるものであるから、バッテリ55は温度が上がり難くなるため、冷却の必要性は低く、却って冷却することでバッテリ温度Tbが低くなり過ぎて性能が低下する危険性もあり、廃熱回収の効果も余り期待できない。
一方で、走行用モータ65は冬場等の低外気温環境下でも駆動されて高温となるため、安定した動作を行わせるためには冷却が必要となると共に、前述した如く走行用モータ65はバッテリ55に比してより適温範囲が高温側と低温側の双方で広く、より低温でも駆動可能である。そこで、空調コントローラ32は、例えば暖房運転において走行用モータ温度センサ78が検出する走行用モータ温度Tmが前述した上限閾値THm以上に上昇した場合、以下に説明する暖房/廃熱回収モードを実行する。
図6はこの暖房/廃熱回収モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(実線矢印)と機器温度調整装置61の熱媒体の流れ(破線矢印)を示している。この暖房/廃熱回収モードでは、空調コントローラ32は図3に示した冷媒回路Rの暖房運転の状態で、更に電磁弁22を開き、補助膨張弁73も開いてその弁開度を制御する状態とする。そして、機器温度調整装置61の第1〜第3三方弁81〜83を制御し、熱媒体配管68内の熱媒体の流れを前述した第1の流路制御状態とすると共に、第1循環ポンプ62を運転する。
これにより、放熱器4から出た冷媒の一部が室外膨張弁6の冷媒上流側で分流され、冷媒配管13Fを経て室内膨張弁8の冷媒上流側に至る。冷媒は次に分岐配管72に入り、補助膨張弁73で減圧された後、分岐配管72を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管74、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図6に実線矢印で示す)。
一方、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68D、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68H、熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68K、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる循環を行う(図6に破線矢印で示す:第1の流路制御状態)。
従って、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体は走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65から廃熱を回収すると共に、走行用モータ65を冷却する。但し、バッテリ55には熱媒体は循環されないので、バッテリ55が熱媒体(冷媒)により冷却されることは無い。走行用モータ65から回収された廃熱は、冷媒−熱媒体熱交換器64で冷媒に汲み上げられ、放熱器4における車室内の暖房に寄与することになる。
尚、空調コントローラ32は例えば走行用モータ温度センサ78が検出する走行用モータ温度Tmが前述した下限閾値TLm以下に低下した場合、上記暖房/廃熱回収モードを終了する。これにより、走行用モータ65の温度を前述した適温範囲に維持する。
また、空調コントローラ32は除湿暖房運転においても上述した暖房運転の場合と同様の暖房/廃熱回収モードを実行するものであるが、その際は図4の状態で補助膨張弁73を開放し、冷媒配管13Bに流入した冷媒の一部を分岐配管72に分流させて、その後は図6の場合と同様に冷媒−熱媒体熱交換器64で熱媒体から吸熱させた後、圧縮機2に吸い込ませることになる。
(7)冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モード
次に、図7を参照しながら前述した冷房運転や除湿冷房運転において空調コントローラ32が実行する冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードについて説明する。即ち、空調コントローラ32は以下に説明する冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを有している。
前述した如くバッテリ55は外気温度が高い夏場等には温度が上昇すると共に、自己発熱によっても温度が上昇する。また、走行用モータ65も走行により駆動されると発熱して温度が高くなり、何れも性能が低下し、最悪の場合には故障する危険性もあるため、安定した動作を行わせるためには冷却が必要となる。但し、前述した如く走行用モータ65はバッテリ55に比してより高温でも駆動可能である(適温範囲が高い)。そこで、空調コントローラ32は、冷房運転や除湿冷房運転においてバッテリ温度センサ76が検出するバッテリ温度Tbが前述した上限閾値THb以上に上昇した場合、以下に説明する冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを実行する。
図7はこの冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(実線矢印)と機器温度調整装置61の熱媒体の流れ(破線矢印)を示している。この冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードでは、空調コントローラ32は図5に示した冷媒回路Rの冷房運転又は除湿冷房運転の状態で、補助膨張弁73を開いてその弁開度を制御する状態とする。そして、機器温度調整装置61の第1〜第3三方弁81〜83を制御し、熱媒体配管68内の熱媒体の流れを前述した第2の流路制御状態とすると共に、第1及び第2循環ポンプ62、63を運転する。
これにより、圧縮機2から吐出された高温の冷媒は、放熱器4を経て室外熱交換器7に流入し、そこで室外送風機15により通風される外気や走行風と熱交換して放熱し、凝縮する。室外熱交換器7で凝縮した冷媒の一部は室内膨張弁8に至り、そこで減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で空気流通路3内の空気が冷却されるので、車室内は冷房される。
室外熱交換器7で凝縮した冷媒の残りは分岐配管72に分流され、補助膨張弁73で減圧された後、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bで蒸発する。冷媒はここで機器温度調整装置61内を循環する熱媒体から吸熱する。吸熱器9から出た冷媒は冷媒配管13C、逆止弁20、アキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれ、冷媒−熱媒体熱交換器64を出た冷媒も冷媒配管74からアキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれる(図7に実線矢印で示す)。
他方、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68B、バッテリ55、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる。また、第2循環ポンプ63から吐出された熱媒体は熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68L、空気−熱媒体熱交換器67、熱媒体配管68Mの順に流れて第2循環ポンプ63に吸い込まれる循環を行う(図7の破線矢印で示す:第2の流路制御状態)。
従って、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体はバッテリ55に循環され、このバッテリ55と熱交換して当該バッテリ55を強力に冷却する。一方、空気−熱媒体熱交換器67で外気により冷却(空冷)された熱媒体は走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65を冷却することになる。
尚、空調コントローラ32は例えばバッテリ温度センサ76が検出するバッテリ温度Tbが前述した下限閾値TLb以下に低下した場合、上記冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを終了する。これにより、バッテリ55の温度を前述した適温範囲に維持すると共に、従属関係ではあるが走行用モータ65の温度も適温範囲に維持する。
以上のように空調コントローラ32が、車室内を暖房する空調運転において機器温度調整装置61を制御し、冷媒によりバッテリ55を冷却すること無く、走行用モータ65を冷却する暖房/廃熱回収モードを設けたので、暖房運転や除湿暖房運転においてバッテリ55を冷却すること無く、バッテリ55以外の車両に搭載された走行用モータ65の熱を冷媒に回収し、当該走行用モータ65を冷却しながら車室内を暖房することができるようになる。
これにより、車室内の暖房を行うときに、バッテリ55以外の走行用モータ65の熱を有効に利用して効率良く車室内の暖房を行い、室外熱交換器7への着霜を抑制しながら走行用モータ65の冷却を行うことができるようになる。このときバッテリ55は冷却しないので、特に外気温が低い冬場等のバッテリ55の冷却を必要としない環境下でバッテリ55に与える悪影響も未然に回避することが可能となる。
この場合、実施例では走行用モータ温度センサ78が検出する走行用モータ温度Tmが上限閾値THm以上に上昇した場合に、空調コントローラ32が暖房/廃熱回収モードを実行するようにしているので、走行用モータ65のみを冷却する暖房/廃熱回収モードを適切に開始することができるようになる。
また、実施例では機器温度調整装置61に、熱媒体をバッテリ55及び走行用モータ65に循環させるための第1及び第2循環ポンプ62、63と、冷媒と熱媒体とを熱交換させるための冷媒−熱媒体熱交換器64と、バッテリ55及び走行用モータ65への熱媒体の循環を制御するための第1〜第3三方弁81〜83を設け、暖房/廃熱回収モードにおいては空調コントローラ32が、冷媒を減圧した後、冷媒−熱媒体熱交換器64に流して熱媒体から吸熱させると共に、冷媒−熱媒体熱交換器64を出た熱媒体をバッテリ55に循環させること無く、走行用モータ65に循環させるようにしているので、バッテリ55を冷却すること無く走行用モータ65を冷却して、その廃熱を冷媒に回収させる動作を円滑に実現することができるようになる。
更に、実施例では冷房運転や除湿冷房運転において空調コントローラ32が機器温度調整装置61を制御し、バッテリ55と走行用モータ65を冷却する冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを設けているので、夏場等の外気温が高い環境下において、バッテリ55と走行用モータ65の双方を冷却し、性能の低下を回避することができるようになる。
この場合も、実施例ではバッテリ温度センサ76が検出するバッテリ温度Tbが上限閾値THb以上に上昇した場合に、空調コントローラ32が冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを実行するようにしているので、バッテリ55の温度が高くなって性能が低下する不都合を的確に回避することができるようになる。
特に、実施例では機器温度調整装置61に、外気と熱媒体とを熱交換させるための空気−熱媒体熱交換器67を設け、冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードにおいては空調コントローラ32が、冷媒を減圧した後、冷媒−熱媒体熱交換器64に流し、熱媒体から吸熱させると共に、第1及び第2循環ポンプ62、63を運転して冷媒−熱媒体熱交換器を出た熱媒体をバッテリ55に循環させて当該バッテリ55を冷却し、走行用モータ65と空気−熱媒体熱交換器67の間で熱媒体を循環させて走行用モータ65を冷却するようにしているので、バッテリ55は冷媒を用いて冷却しながら、バッテリ以外の走行用モータ65は外気により円滑に冷却することができるようになる。
この場合、実施例では空気−熱媒体熱交換器67を、室外熱交換器7の風下側に配置しているので、冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードにおける室外熱交換器7の放熱作用を空気−熱媒体熱交換器67が阻害する不都合も回避することができるようになる。
次に、図8を参照しながら、本発明のもう一つの実施例の車両用空気調和装置1の構成と動作について説明する。この実施例の構成は機器温度調整装置61のみが前記実施例1(図1)の場合と異なり、その他は同様である。この実施例の機器温度調整装置61では、バッテリ55の出口に熱媒体配管68Nが接続され、この熱媒体配管68Nはこれも流路切換装置である第4三方弁84の入口に接続されている。そして、この第4三方弁84の一方の出口に前述した熱媒体配管68Cが接続された構成とされている。
また、第4三方弁84の他方の出口には熱媒体配管68Rが接続され、この熱媒体配管68Rはこれも循環装置である第3循環ポンプ87の吸込側に接続されている。この第3循環ポンプ87の吐出側には熱媒体配管68Sが接続され、この熱媒体配管68Sは加熱装置としての熱媒体加熱ヒータ66の入口に接続されている。そして、この熱媒体加熱ヒータ66の出口は熱媒体配管68Tに接続され、この熱媒体配管68Tは第1三方弁81とバッテリ55の間の熱媒体配管68Bに連通接続された構成とされている。
尚、上記熱媒体加熱ヒータ66はPTCヒータ等の電気ヒータから構成されており、これら熱媒体加熱ヒータ66や第4三方弁84も空調コントローラ32により制御される(図2中に破線で示す)。
そして、この図8の車両用空気調和装置1においても、第1三方弁81が入口と他方の出口を連通し、第2三方弁82が入口と他方の出口を連通し、第3三方弁83が入口と一方の出口を連通する状態に切り換え、第1循環ポンプ62を運転すれば、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68D、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68H、熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68K、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる。
従って、この実施例の機器温度調整装置61においても実施例1の第1の流路制御状態を実行可能とされているので、空調コントローラ32は暖房運転や除湿暖房運運転を行っているときに、走行用モータ温度Tmが上限閾値THm以上に上昇した場合は、前述同様の暖房/廃熱回収モードを実行する。
また、第1三方弁81が入口と一方の出口を連通し、第2三方弁82が入口と一方の出口を連通し、第3三方弁83が入口と他方の出口を連通し、更に第4三方弁84が入口と一方の出口を連通する状態に切り換え、第1循環ポンプ62及び第2循環ポンプ63を運転すれば、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68B、バッテリ55、熱媒体配管68N、第4三方弁84、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる。他方、第2循環ポンプ63から吐出された熱媒体は熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68L、空気−熱媒体熱交換器67、熱媒体配管68Mの順に流れて第2循環ポンプ63に吸い込まれる循環を行う。
即ち、前述した実施例1の第2の流路制御状態と同様に冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体がバッテリ55に循環され、このバッテリ55と熱交換して当該バッテリ55を冷却し、空気−熱媒体熱交換器67で外気により冷却(空冷)された熱媒体が走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65を冷却することになる。
これは前述した実施例1の第2の流路制御状態と同様であるので、この実施例でもこの状態を第2の流路制御状態をとする。そして、この実施例の機器温度調整装置61においても、空調コントローラ32は冷房運転や除湿冷房運転を行っているときに、バッテリ温度Tbが上限閾値THb以上に上昇した場合は、前述同様の冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モードを実行するものとする。
更に、この実施例では第1三方弁81が入口と他方の出口を連通し、第2三方弁82が入口と他方の出口を連通し、第3三方弁83が入口と一方の出口を連通する状態に切り換えられているときに、第4三方弁84を入口と他方の出口が連通した状態に切り換え、第1循環ポンプ62及び第3循環ポンプ87が運転されると、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68D、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68H、熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68K、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる循環を行い、第3循環ポンプ87から吐出された熱媒体は熱媒体配管68S、熱媒体加熱ヒータ66、熱媒体配管68T、熱媒体配管68B、バッテリ55、熱媒体配管68N、第4三方弁84、熱媒体配管68Rの順に流れて第3循環ポンプ87に吸い込まれる循環を行うようになる。これを第3の流路制御状態とする。
この第3の流路制御状態では、走行用モータ65と冷媒−熱媒体熱交換器64との間で熱媒体が循環されるので、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体は走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65から廃熱を回収すると共に、走行用モータ65自体は冷却されることになる。一方、バッテリ55と熱媒体加熱ヒータ66との間で熱媒体が循環されるので、熱媒体加熱ヒータ66が発熱している場合、この熱媒体加熱ヒータ66で加熱された熱媒体がバッテリ55に循環され、バッテリ55は熱媒体を介して熱媒体加熱ヒータ66により加熱されることになる。
(8)暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モード
そして、この実施例では前述した暖房運転や除湿暖房運転において空調コントローラ32は、以下に説明する暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを実行する。次に、図9を参照しながらこの暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードについて説明する。前述した如くバッテリ55は極低温環境であるとき等に温度が極めて低くなると充放電が困難となる。
そこで、空調コントローラ32は、例えば冬場等の外気温度が極めて低い環境下で暖房運転を行う際、バッテリ温度センサ76が検出するバッテリ温度Tbが前述した下限閾値TLb以下に低下している場合、暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを実行する。図9はこの暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(実線矢印)と機器温度調整装置61の熱媒体の流れ(破線矢印)を示している。
この暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードでは、空調コントローラ32は実施例1の図3の場合と同様の冷媒回路Rの暖房運転の状態で、更に電磁弁22を開き、補助膨張弁73も開いてその弁開度を制御する状態とする。そして、機器温度調整装置61の第1〜第4三方弁81〜84を制御し、熱媒体配管68内の熱媒体の流れを前述した第3の流路制御状態とすると共に、第1循環ポンプ62及び第3循環ポンプ87を運転し、熱媒体加熱ヒータ66にも通電して発熱させる。
これにより、前述同様に放熱器4から出た冷媒の一部が室外膨張弁6の冷媒上流側で分流され、冷媒配管13Fを経て室内膨張弁8の冷媒上流側に至る。冷媒は次に分岐配管72に入り、補助膨張弁73で減圧された後、分岐配管72を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管74、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に実線矢印で示す)。
一方、第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68D、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68H、熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68K、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる循環を行う。また、第3循環ポンプ87から吐出された熱媒体は熱媒体配管68S、熱媒体加熱ヒータ66、熱媒体配管68T、熱媒体配管68B、バッテリ55、熱媒体配管68N、第4三方弁84、熱媒体配管68Rの順に流れて第3循環ポンプ87に吸い込まれる循環を行う(図9に破線矢印で示す:第3の流路制御状態)。
従って、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体は走行用モータ65に循環され、この走行用モータ65と熱交換して当該走行用モータ65から廃熱を回収すると共に、走行用モータ65を冷却する。走行用モータ65から回収された廃熱は、冷媒−熱媒体熱交換器64で冷媒に汲み上げられ、放熱器4における車室内の暖房に寄与することになる。また、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aから出た熱媒体はバッテリ55に循環されることは無く、その代わりに、熱媒体加熱ヒータ66で加熱された熱媒体がバッテリ55に循環され、バッテリ55は熱媒体を介して熱媒体加熱ヒータ66により加熱され、温度が上昇することになる。
尚、空調コントローラ32は例えばバッテリ温度センサ76が検出するバッテリ温度Tbが前述した上限閾値THb以上に上昇した場合、上記暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを終了する。これにより、バッテリ55の温度を前述した適温範囲に維持する。また、空調コントローラ32は除湿暖房運転においても上述した暖房運転の場合と同様の暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを実行するものであるが、その際も図4の状態で補助膨張弁73を開放し、冷媒配管13Bに流入した冷媒の一部を分岐配管72に分流させて、その後は図9の場合と同様に冷媒−熱媒体熱交換器64で熱媒体から吸熱させた後、圧縮機2に吸い込ませることになる。
このように、機器温度調整装置61に、バッテリ55を加熱するための熱媒体加熱ヒータ66を設け、空調コントローラ32が暖房運転や除湿暖房運転において冷媒により走行用モータ65を冷却し、熱媒体加熱ヒータ66によりバッテリ55を加熱する暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを設けたので、特に低外気温の環境下において、走行用モータ65を冷却してその廃熱を回収しながら、バッテリ55の温度が下がり過ぎて性能が低下してしまう不都合も解消することができるようになる。
この場合、実施例では空調コントローラ32が、バッテリ温度センサ76が検出するバッテリ温度Tbが下限閾値TLb以下に低下した場合、暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードを実行するようにしたので、走行用モータ65から廃熱を回収しながらバッテリ55は加熱する暖房/廃熱回収モードを適切に開始することができるようになる。
また、実施例では機器温度調整装置61に、熱媒体をバッテリ55、走行用モータ65及び熱媒体加熱ヒータ66に循環させるための第1循環ポンプ62、第2循環ポンプ63及び第3循環ポンプ87と、冷媒と熱媒体とを熱交換させるための冷媒−熱媒体熱交換器64と、バッテリ55、走行用モータ65及び熱媒体加熱ヒータ66への熱媒体の循環を制御するための第1〜第4三方弁81〜84を設け、暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードにおいては空調コントローラ32が、冷媒を減圧した後、冷媒−熱媒体熱交換器64に流して熱媒体から吸熱させ、冷媒−熱媒体熱交換器64を出た熱媒体をバッテリ55に循環させること無く、走行用モータ65に循環させると共に、熱媒体加熱ヒータ66とバッテリ55の間で熱媒体を循環させて当該バッテリ55を加熱するようにしたので、走行用モータ65を冷却してその廃熱を回収しながらバッテリ55を加熱する動作を円滑に実現することができるようになる。
尚、実施例では機器温度調整装置61を第1乃至第3の流路制御状態に切り換えて暖房/廃熱回収モード、冷房/バッテリ冷却・被温調対象冷却モード、及び、暖房/バッテリ加熱・廃熱回収モードの各運転モードを実行できるようにしたが、それに限らず、例えば図3の回路で、第1三方弁81が入口と一方の出口を連通し、第2三方弁82が入口と他方の出口を連通する状態に切り換え、第1循環ポンプ62を運転すると、この第1循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管64A、第1三方弁81、熱媒体配管68B、バッテリ55、熱媒体配管68C、第2三方弁82、熱媒体配管68H、熱媒体配管68G、走行用モータ65、熱媒体配管68J、第3三方弁83、熱媒体配管68K、熱媒体配管68E、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64A、熱媒体配管68Fの順に流れて第1循環ポンプ62に吸い込まれる循環を行うようになる。
このように機器温度調整装置61内に熱媒体を循環させることで、バッテリ55及び走行用モータ65と冷媒−熱媒体熱交換器64との間で熱媒体が循環されることになるので、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aで冷媒により吸熱されて冷却された熱媒体はバッテリ55及び走行用モータ65に循環され、これらバッテリ55及び走行用モータ65と熱交換してバッテリ55及び走行用モータ65から廃熱を回収すると共に、バッテリ55及び走行用モータ65自体は冷却されることになる。
このように冷媒−熱媒体熱交換器64で冷却された熱媒体をバッテリ55と走行用モータ65に同時に循環させ、それらを冷却することも可能であるので、例えば、冬場であってもバッテリ55の温度が極めて高い場合等にはバッテリ55及び走行用モータ65を同時に冷却し、廃熱を回収することも可能である。
即ち、前述した如くバッテリ55及び走行用モータ65(バッテリ以外の被温調対象)の温度を調整するための機器温度調整装置61を設け、この機器温度調整装置61には、熱媒体をバッテリ55及び走行用モータ65に循環させるための第1〜第3循環ポンプ62、63、87と、冷媒と熱媒体とを熱交換させ、冷媒を熱媒体から吸熱させるための冷媒−熱媒体熱交換器64と、外気と熱媒体とを熱交換させるための空気−熱媒体熱交換器67と、バッテリ55及び走行用モータ65への熱媒体の循環を制御するための第1〜第4三方弁81〜84を設けたことで、空調コントローラ32により第1〜第3循環ポンプ62、63、87及び第1〜第4三方弁81〜84を制御することで、冷媒−熱媒体熱交換器64で冷媒により冷却された熱媒体や、空気−熱媒体熱交換器67で外気により冷却された熱媒体を用い、車両に搭載されたバッテリ55や走行用モータ65等のバッテリ55以外の被温調対象を様々なかたちで冷却することができるようになり、利便性の富んだものとなる。
また、実施例で説明した空調コントローラ32の構成、車両用空気調和装置1の冷媒回路Rや機器温度調整装置61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
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
21、22 電磁弁
32 空調コントローラ(制御装置)
55 バッテリ
61 機器温度調整装置
62 第1循環ポンプ(循環装置)
63 第2循環ポンプ(循環装置)
64 冷媒−熱媒体熱交換器
65 走行用モータ(被温調対象)
66 熱媒体加熱ヒータ(加熱装置)
67 空気−熱媒体熱交換器
72 分岐配管
73 補助膨張弁
81 第1三方弁(流路切換装置)
82 第2三方弁(流路切換装置
83 第3三方弁(流路切換装置)
84 第4三方弁(流路切換装置)
87 第3循環ポンプ(循環装置)

Claims (5)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記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、
    前記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、
    車室外に設けられた室外熱交換器と、
    制御装置を備え、前記車室内を空調する車両用空気調和装置において、
    車両に搭載されたバッテリと当該バッテリ以外の所定の被温調対象に熱媒体を循環させて、これらバッテリ及び被温調対象の温度を調整するための機器温度調整装置を備え、
    該機器温度調整装置は、
    前記熱媒体を前記バッテリ及び前記被温調対象に循環させるための循環装置と、
    前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させ、前記冷媒を前記熱媒体から吸熱させるための冷媒−熱媒体熱交換器と、
    外気と前記熱媒体とを熱交換させるための空気−熱媒体熱交換器と、
    前記バッテリ及び前記被温調対象への前記熱媒体の循環を制御するための流路切換装置を有することを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 前記空気−熱媒体熱交換器は、前記室外熱交換器の風下側に配置されてい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. 前記制御装置は、前記循環装置及び前記流路切換装置を制御することにより、
    前記冷媒−熱媒体熱交換器を出た前記熱媒体を前記バッテリに循環させること無く、前記被温調対象に循環させる第1の流路制御状態と、
    前記バッテリと前記冷媒−熱媒体熱交換器の間で前記熱媒体を循環させ、且つ、前記被温調対象と前記空気−熱媒体熱交換器の間で前記熱媒体を循環させる第2の流路制御状態を切り換えて実行可能と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. 前記機器温度調整装置は、前記熱媒体を加熱するための加熱装置を有し、
    前記制御装置は、前記循環装置及び前記流路切換装置により、
    前記バッテリと前記加熱装置との間で前記熱媒体を循環させ、且つ、前記被温調対象と前記冷媒−熱媒体熱交換器の間で前記熱媒体を循環させる第3の流路制御状態を切り換えて実行可能とされていることを特徴とする請求項3に記載の車両用空気調和装置。
  5. 前記制御装置は少なくとも、
    前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させて前記車室内を暖房する空調運転と、
    前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させて前記車室内を冷房する空調運転を切り換えて実行可能とされており、
    前記各空調運転において前記冷媒を減圧した後、前記冷媒−熱媒体熱交換器に流し、前記熱媒体から吸熱させることが可能と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。
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