(第1実施形態)
図1、図2を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置10を、電動モータから走行用の駆動力を得る電気自動車に搭載された車両用空調装置1に適用している。車両用空調装置1は、空調対象空間である車室内の空調を行うだけでなく、バッテリ80の温度を調整する機能を有している。このため、車両用空調装置1は、バッテリ温度調整機能付きの空調装置と呼ぶことができる。
バッテリ80は、電動モータ等の車載機器へ供給される電力を蓄える二次電池である。より具体的には、本実施形態のバッテリ80は、リチウムイオン電池である。バッテリ80は、複数の電池セルを積層配置し、これらの電池セルを電気的に直列あるいは並列に接続することによって形成された、いわゆる組電池である。
この種のバッテリは、低温になると出力が低下しやすく、高温になると劣化が進行しやすい。このため、バッテリの温度は、バッテリの充放電容量を充分に活用することができる適切な温度範囲内(本実施形態では、10℃以上、かつ、45℃以下)に維持されている必要がある。そこで、車両用空調装置1では、冷凍サイクル装置10によって生成された冷熱によってバッテリ80を冷却することができるようになっている。
車両用空調装置1は、図1の全体構成図に示すように、冷凍サイクル装置10、室内空調ユニット30、高温側熱媒体回路40、低温側熱媒体回路50等を備えている。
冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、車室内の空調を行うために、車室内へ送風される送風空気を冷却する機能、および高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体を加熱する機能を有している。さらに、冷凍サイクル装置10は、バッテリ80の冷却を行うために、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体を冷却する機能を有している。
このため、冷凍サイクル装置10は、後述するように、冷媒を蒸発させて送風空気を冷却する室内蒸発器16、および冷媒を蒸発させて低温側熱媒体を冷却するチラー21を備えている。つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、複数の蒸発器を備えている。
また、冷凍サイクル装置10は、冷媒を減圧させる冷媒減圧部として、後述するように、室内蒸発器16へ流入する冷媒を減圧させる第1エジェクタ15、およびチラー21の冷媒通路へ流入する冷媒を減圧させる第2エジェクタ20を備えている。つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、エジェクタ式冷凍サイクルとして構成されている。
また、冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)を採用している。冷凍サイクル装置10は、圧縮機11から吐出された吐出冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油の一部は、冷媒とともにサイクルを循環している。
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、圧縮機11は、冷凍サイクル装置10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。圧縮機11は、駆動装置室内に配置されている。駆動装置室は、車室の前方に配置されて走行用の電動モータ等が収容される空間である。圧縮機11は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機である。圧縮機11は、後述する制御装置60から出力される制御信号によって、回転数(すなわち、冷媒吐出能力)が制御される。
圧縮機11の吐出口には、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路の入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒を流通させる冷媒通路と、高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。水−冷媒熱交換器12は、冷媒通路を流通する高圧冷媒と水通路を流通する高温側熱媒体とを熱交換させて、高圧冷媒の有する熱を高温側熱媒体へ放熱させる放熱器である。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路の出口には、三方継手13aの流入口が接続されている。三方継手13aは、互いに連通する3つの流入出口を有している。このような三方継手13aとしては、複数の配管を接合して形成されたものや、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けることによって形成されたものを採用することができる。
本実施形態では、三方継手13aの3つの流入出口のうち、1つを流入口として用い、残りの2つを流出口として用いている。このため、三方継手13aは、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部として機能する。三方継手13aの一方の流出口には、第1流量調整弁14aの入口側が接続されている。三方継手13aの他方の流出口には、第2流量調整弁14bの入口側が接続されている。
第1流量調整弁14aは、三方継手13aにて分岐された一方の高圧冷媒を減圧させるとともに、下流側に接続される第1エジェクタ15の第1ノズル部15a側へ流出させる冷媒流量(質量流量)を調整する第1減圧部である。第1流量調整弁14aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の開度を変化させる電動アクチュエータ(具体的には、ステッピングモータ)とを有する電気式の可変絞り機構である。
第1流量調整弁14aは、弁開度を全開にすることで流量調整作用および冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能、および弁開度を全閉にすることで冷媒通路を閉塞する全閉機能を有している。第1流量調整弁14aは、制御装置60から出力される制御信号(制御パルス)によって、その作動が制御される。
第1流量調整弁14aの出口には、第1エジェクタ15の第1ノズル部15aの入口側が接続されている。第1エジェクタ15は、第1流量調整弁14aから流出した冷媒を減圧させて噴射する第1ノズル部15aを有し、第1流量調整弁14aとともに冷媒減圧部としての機能を果たす。さらに、第1エジェクタ15は、第1ノズル部15aの冷媒噴射口から噴射された第1噴射冷媒の吸引作用によって、外部から冷媒を吸引して循環させる冷媒循環部としての機能を果たす。
これに加えて、第1エジェクタ15は、第1ノズル部15aから噴射された第1噴射冷媒と、第1冷媒吸引口15cから吸引された第1吸引冷媒との第1混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換し、第1混合冷媒を昇圧させるエネルギ変換部としての機能を果たす。
第1エジェクタ15は、第1ノズル部15aおよび第1ボデー部15bを有している。第1ノズル部15aは、冷媒の流れ方向に向かって徐々に先細る略円筒状の金属(本実施形態では、ステンレス合金)で形成されている。第1ノズル部15aは、内部に形成された冷媒通路にて冷媒を等エントロピ的に減圧させるものである。
第1ノズル部15aの内部に形成された冷媒通路には、通路断面積を最も縮小させる喉部、および喉部から冷媒を噴射する冷媒噴射口へ向かうに伴って通路断面積が徐々に拡大する末広部が形成されている。つまり、第1ノズル部15aは、ラバールノズルとして構成されている。
さらに、本実施形態では、第1ノズル部15aとして、冷凍サイクル装置10の通常運転時に、冷媒噴射口から噴射される第1噴射冷媒の流速が音速以上となるように設定されたものが採用されている。もちろん、第1ノズル部15aを先細ノズルで構成してもよい。
第1ボデー部15bは、略円筒状の金属(本実施形態では、アルミニウム)で形成されている。第1ボデー部15bは、内部に第1ノズル部15aを支持固定する固定部材として機能するとともに、内部に冷媒を流通させる冷媒通路を形成するものである。第1ノズル部15aは、第1ボデー部15bの長手方向一端側に圧入等によって固定されている。第1ボデー部15bは、樹脂で形成されていてもよい。
第1ボデー部15bの外周面のうち、第1ノズル部15aの外周側に対応する部位には、その内外を貫通して第1ノズル部15aの冷媒噴射口と連通するように設けられた第1冷媒吸引口15cが形成されている。第1冷媒吸引口15cは、第1噴射冷媒の吸引作用によって、少なくとも後述する第1運転モード時に、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒を第1エジェクタ15の内部へ吸引する貫通穴である。
第1ボデー部15bの内部には、第1ディフューザ部15dおよび第1吸引通路15eが形成されている。第1吸引通路15eは、第1冷媒吸引口15cから吸引された吸引冷媒を第1ノズル部15aの冷媒噴射口側へ導く冷媒通路である。第1ディフューザ部15dは、第1吸引冷媒と第1噴射冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部としての機能を果たす冷媒通路である。
第1吸引通路15eは、第1ノズル部15aの先細り形状の先端部周辺の外周側と第1ボデー部15bの内周側との間の断面円環状の空間によって形成されている。第1吸引通路15eの通路断面積は、冷媒流れ下流側へ向かうに伴って縮小している。これにより、第1吸引通路15eを流通する第1吸引冷媒の流速を増速させて、第1吸引冷媒と第1噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失(いわゆる、混合損失)を減少させている。
第1ディフューザ部15dは、第1吸引通路15eの出口に連続するように配置された円錐台状に広がる冷媒通路である。第1ディフューザ部15dでは、通路断面積が冷媒流れ下流側に向かうに伴って拡大している。第1ディフューザ部15dは、このような通路形状によって、第1混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換する。
第1ディフューザ部15dの出口には、室内蒸発器16の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器16は、後述する室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。室内蒸発器16は、第1エジェクタ15の第1ディフューザ部15dから流出した低圧冷媒と送風機32から送風された送風空気とを熱交換させて、冷媒を蒸発させる第1蒸発部である。室内蒸発器16の冷媒出口には、四方弁19の1つの流入口が接続されている。
また、第2流量調整弁14bは、三方継手13aにて分岐された他方の高圧冷媒を減圧させるとともに、下流側に接続される第2エジェクタ20の第2ノズル部20a側へ流出させる冷媒流量(質量流量)を調整する第2減圧部である。第2流量調整弁14bの基本的構成は、第1流量調整弁14aと同様である。
第2流量調整弁14bの出口には、第2エジェクタ20の第2ノズル部20aの入口側が接続されている。第2エジェクタ20の基本的構成は、第1エジェクタ15と同様である。従って、第2エジェクタ20は、第1エジェクタ15と同様の第2ノズル部20aおよび第2ボデー部20bを有している。
第2エジェクタ20の第2ボデー部20bには、第1エジェクタ15と同様に、第2冷媒吸引口20c、第2ディフューザ部20d、第2吸引通路20e等が形成されている。第2冷媒吸引口20cは、第2ノズル部20aから噴射される第2噴射冷媒の吸引作用によって、少なくとも後述する第2運転モード時に、室内蒸発器16から流出した冷媒を第2エジェクタ20の内部へ吸引する貫通穴である。
第2ディフューザ部20dの出口には、チラー21の冷媒通路の入口側が接続されている。チラー21は、第2エジェクタ20の第2ディフューザ部20dから流出した低圧冷媒を流通させる冷媒通路と、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。チラー21は、冷媒通路を流通する低圧冷媒と水通路を流通する低温側熱媒体とを熱交換させて、冷媒を蒸発させる第2蒸発部である。チラー21の冷媒通路の出口には、四方弁19の別の1つの流入口が接続されている。
四方弁19は、室内蒸発器16の冷媒出口と圧縮機11の吸入口とを接続すると同時にチラー21の冷媒通路の出口と三方弁22の流入口とを接続する冷媒回路、並びに、チラー21の冷媒通路の出口と圧縮機11の吸入口とを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と三方弁22の流入口とを接続する冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部である。四方弁19は、制御装置60から出力される制御電圧によって、その作動が制御される。
三方弁22は、四方弁19の1つの流出口と第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15cとを接続する冷媒回路、並びに、四方弁19の1つの流出口と第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20cとを接続する冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部である。三方弁22は、制御装置60から出力される制御電圧によって、その作動が制御される。
次に、高温側熱媒体回路40について説明する。高温側熱媒体回路40は、高温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。高温側熱媒体としては、エチレングリコール、ジメチルポリシロキサン、あるいはナノ流体等を含む溶液、不凍液等を採用することができる。高温側熱媒体回路40には、水−冷媒熱交換器12の水通路、高温側熱媒体ポンプ41、ヒータコア42、高温側三方弁43、高温側ラジエータ44等が配置されている。
高温側熱媒体ポンプ41は、高温側熱媒体を水−冷媒熱交換器12の水通路の入口側へ圧送する水ポンプである。高温側熱媒体ポンプ41は、制御装置60から出力される制御電圧によって、回転数(すなわち、圧送能力)が制御される電動ポンプである。
水−冷媒熱交換器12の水通路の出口には、高温側三方弁43の流入口側が接続されている。高温側三方弁43は、1つの流入口と、2つの流出口とを有し、2つの流出口の通路面積比を連続的に調整可能な電気式の三方流量調整弁である。高温側三方弁43は、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
高温側三方弁43の一方の流出口には、ヒータコア42の熱媒体入口側が接続されている。高温側三方弁43の他方の流出口には、高温側ラジエータ44の熱媒体入口側が接続されている。従って、高温側三方弁43は、水−冷媒熱交換器12の水通路から流出した高温側熱媒体のうち、ヒータコア42へ流入させる流量と高温側ラジエータ44へ流入させる流量との流量比を調整する機能を果たす。
ヒータコア42は、水−冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体と室内蒸発器16を通過した送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する熱交換器である。ヒータコア42は、室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。ヒータコア42の熱媒体出口には、高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側が接続されている。
高温側ラジエータ44は、水−冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体と図示しない外気ファンにより送風された外気とを熱交換させて、高温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させる熱交換器である。高温側ラジエータ44は、駆動装置室内の前方側に配置されている。このため、車両走行時には、高温側ラジエータ44に走行風を当てることができる。高温側ラジエータ44の熱媒体出口には、高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側が接続されている。
従って、高温側熱媒体回路40では、制御装置60が高温側熱媒体ポンプ41を作動させることにより、水−冷媒熱交換器12にて、圧縮機11から吐出された冷媒と高温側熱媒体とを熱交換させて、高温側熱媒体を加熱することができる。
さらに、ヒータコア42にて、水−冷媒熱交換器12から流出した高温側熱媒体と送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱することができる。また、高温側ラジエータ44にて、水−冷媒熱交換器12から流出した高温側熱媒体と外気とを熱交換させて、高温側熱媒体が有する熱を外気に放熱させることができる。この際、高温側三方弁43が流量比を調整することによって、ヒータコア42における高温側熱媒体の放熱量および高温側ラジエータ44における放熱量が調整される。
次に、低温側熱媒体回路50について説明する。低温側熱媒体回路50は、低温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。低温側熱媒体としては、高温側熱媒体と同様の流体を採用することができる。低温側熱媒体回路50には、チラー21の水通路、低温側熱媒体ポンプ51、バッテリ80に形成された冷却水通路、低温側三方弁53、低温側ラジエータ54等が配置されている。
低温側熱媒体ポンプ51は、低温側熱媒体をチラー21の水通路の入口側へ圧送する水ポンプである。低温側熱媒体ポンプ51の基本的構成は、高温側熱媒体ポンプ41と同様である。
チラー21の水通路の出口には、低温側三方弁53の流入口側が接続されている。低温側三方弁53の基本的構成は、高温側三方弁43と同様である。
低温側三方弁53の一方の流出口には、バッテリ80の冷却水通路の入口側が接続されている。低温側三方弁53の他方の流出口には、低温側ラジエータ54の熱媒体入口側が接続されている。従って、低温側三方弁53は、チラー21の水通路から流出した低温側熱媒体のうち、バッテリ80の冷却水通路へ流入させる流量と低温側ラジエータ54へ流入させる流量との流量比を調整する機能を果たす。
バッテリ80の冷却水通路は、チラー21にて冷却された低温側熱媒体とバッテリ80とを熱交換させて、バッテリ80を冷却するための熱媒体通路である。バッテリ80の冷却水通路は、バッテリ80全体と均等に冷却できるように複数の流路に分割されて、各電池セル同士の間あるいは各電池セルの周囲に配置されている。バッテリ80の冷却水通路の出口には、低温側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続されている。
低温側ラジエータ54は、チラー21にて冷却された低温側熱媒体と図示しない外気ファンにより送風された外気とを熱交換させて、外気の有する熱を低温側熱媒体に吸熱させる熱交換器である。
低温側ラジエータ54は、駆動装置室内の前方側に配置されている。このため、車両走行時には、低温側ラジエータ54に走行風を当てることができる。従って、低温側ラジエータ54は、高温側ラジエータ44と一体的に形成されていてもよい。低温側ラジエータ54の熱媒体出口には、低温側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続されている。
従って、低温側熱媒体回路50では、制御装置60が低温側熱媒体ポンプ51を作動させることにより、チラー21にて、第2エジェクタ20から流出した冷媒と低温側熱媒体とを熱交換させて、低温側熱媒体を冷却することができる。
さらに、バッテリ80の冷却水通路に、チラー21から流出した低温側熱媒体を流通させることによって、バッテリ80を冷却することができる。また、低温側ラジエータ54にて、チラー21から流出した低温側熱媒体と外気とを熱交換させて、外気の有する熱を低温側熱媒体に吸熱させることができる。この際、低温側三方弁53が流量比を調整することによって、バッテリ80の冷却水通路における低温側熱媒体の吸熱量および低温側ラジエータ54における低温側熱媒体の吸熱量が調整される。
次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、冷凍サイクル装置10によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのものである。室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されている。
室内空調ユニット30は、図1に示すように、その外殻を形成する空調ケース31内に形成された空気通路内に送風機32、室内蒸発器16、ヒータコア42等を収容したものである。空調ケース31は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成している。空調ケース31は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。
空調ケース31の送風空気流れ最上流側には、内外気切替装置33が配置されている。内外気切替装置33は、空調ケース31内へ内気(車室内空気)と外気(車室外空気)とを切替導入するものである。内外気切替装置33は、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
内外気切替装置33の送風空気流れ下流側には、送風機32が配置されている。送風機32は、内外気切替装置33を介して吸入した内気あるいは外気を車室内へ向けて送風するものである。送風機32は、遠心多翼ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機32は、制御装置60から出力される制御電圧によって、回転数(すなわち、送風能力)が制御される。
送風機32の送風空気流れ下流側には、室内蒸発器16、ヒータコア42が、送風空気流れに対して、この順に配置されている。つまり、室内蒸発器16は、ヒータコア42よりも、送風空気流れ上流側に配置されている。
空調ケース31内には、室内蒸発器16通過後の送風空気を、ヒータコア42を迂回して流す冷風バイパス通路35が設けられている。空調ケース31内の室内蒸発器16の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア42の送風空気流れ上流側には、エアミックスドア34が配置されている。
エアミックスドア34は、室内蒸発器16通過後の送風空気のうち、ヒータコア42側を通過する送風空気の風量と冷風バイパス通路35を通過させる送風空気の風量との風量割合を調整する風量割合調整部である。エアミックスドア34は、エアミックスドア用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
空調ケース31内のヒータコア42および冷風バイパス通路35の送風空気流れ下流側には、混合空間が配置されている。混合空間は、ヒータコア42にて加熱された送風空気と冷風バイパス通路35を通過して加熱されていない送風空気とを混合させる空間である。また、空調ケース31の送風空気流れ下流部には、混合空間にて混合された送風空気を、空調対象空間である車室内へ吹き出すための開口穴が配置されている。
この開口穴としては、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。フェイス開口穴は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。フット開口穴は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。デフロスタ開口穴は、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。
これらのフェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)に接続されている。
従って、エアミックスドア34が、ヒータコア42を通過させる風量と冷風バイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整することによって、混合空間にて混合される空調風の温度が調整される。そして、各吹出口から車室内へ吹き出される送風空気(空調風)の温度が調整される。
また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイスドア、フットドア、およびデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。フェイスドアは、フェイス開口穴の開口面積を調整するものである。フットドアは、フット開口穴の開口面積を調整するものである。デフロスタドアは、フロスタ開口穴の開口面積を調整するものである。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替装置を構成するものである。これらのドアは、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。この電動アクチュエータも、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
次に、図2を用いて、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。制御装置60は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器11、14a、14b、19、22、32、41、43、51、53等の作動を制御する。
また、制御装置60の入力側には、図2のブロック図に示すように、内気温センサ61、外気温センサ62、日射センサ63、第1〜第3冷媒温度センサ64a〜64c、蒸発器温度センサ64f、第1〜第3冷媒圧力センサ65a〜65c、高温側熱媒体温度センサ66a、低温側熱媒体温度センサ66b、バッテリ温度センサ68、空調風温度センサ69等が接続されている。そして、制御装置60には、これらのセンサ群の検出信号が入力される。
内気温センサ61は、車室内温度(内気温)Trを検出する内気温検出部である。外気温センサ62は、車室外温度(外気温)Tamを検出する外気温検出部である。日射センサ63は、車室内へ照射される日射量Tsを検出する日射量検出部である。
第1冷媒温度センサ64aは、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の第1温度T1を検出する第1冷媒温度検出部である。第2冷媒温度センサ64bは、室内蒸発器16から流出した冷媒の第2温度T2を検出する第2冷媒温度検出部である。第3冷媒温度センサ64cは、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の第3温度T3を検出する第3冷媒温度検出部である。
蒸発器温度センサ64fは、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度検出部である。本実施形態の蒸発器温度センサ64fでは、具体的に、室内蒸発器16の熱交換フィン温度を検出している。
第1冷媒圧力センサ65aは、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の第1圧力P1を検出する第1冷媒圧力検出部である。第2冷媒圧力センサ65bは、室内蒸発器16から流出した冷媒の第2圧力P2を検出する第2冷媒圧力検出部である。第3冷媒圧力センサ65cは、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の第3圧力P3を検出する第3冷媒圧力検出部である。
高温側熱媒体温度センサ66aは、ヒータコア42へ流入する高温側熱媒体の温度である高温側熱媒体温度TWHを検出する高温側熱媒体温度検出部である。低温側熱媒体温度センサ66bは、バッテリ80の冷却水通路へ流入する低温側熱媒体の温度である低温側熱媒体温度TWLを検出する低温側熱媒体温度検出部である。
バッテリ温度センサ68は、バッテリ80の温度であるバッテリ温度TBを検出するバッテリ温度検出部である。本実施形態のバッテリ温度センサ68は、複数の温度センサを有し、バッテリ80の複数の箇所の温度を検出している。このため、制御装置60では、バッテリ80の各部の温度差を検出することもできる。さらに、バッテリ温度TBとしては、複数の温度センサの検出値の平均値を採用している。
空調風温度センサ69は、混合空間から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する空調風温度検出部である。
さらに、制御装置60の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル70が接続され、この操作パネル70に設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネル70に設けられた各種操作スイッチとしては、オートスイッチ、エアコンスイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ、吹出モード切替スイッチ等がある。
オートスイッチは、自動空調運転を設定あるいは解除するための操作部である。エアコンスイッチは、室内蒸発器16で送風空気の冷却を行うことを要求するための操作部である。風量設定スイッチは、送風機32の風量をマニュアル設定するための操作部である。温度設定スイッチ車室内の目標温度Tsetを設定するための操作部である。吹出モード切替スイッチ吹出モードをマニュアル設定するための操作部である。
なお、本実施形態の制御装置60は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。
例えば、制御装置60のうち、圧縮機11の冷媒吐出能力(具体的には、圧縮機11の回転数)を制御する構成は、圧縮機制御部60aを構成している。また、冷媒回路切替部(本実施形態では、四方弁19および三方弁22)の作動を制御する構成は、冷媒回路制御部60bを構成している。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。前述の如く、本実施形態の車両用空調装置1は、車室内の空調を行う機能、およびバッテリ80の温度を調整する機能を有している。このため、冷凍サイクル装置10では、冷媒回路を切り替えて、種々の運転モードを実行することができる。具体的には、車室内の空調を行うと同時に、バッテリ80の温度を調整する運転モードとして、第1運転モードおよび第2運転モードを実行することができる。
第1運転モードは、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度をチラー21における冷媒蒸発温度よりも高い温度とする運転モードである。第1運転モードは、例えば、夏季のように外気温が比較的高温になっており、車室内の冷房を行うと同時に、バッテリ80の発熱が多く、比較的高い冷却能力でバッテリ80の冷却を行う運転条件時等に実行される。
第2運転モードは、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度をチラー21における冷媒蒸発温度よりも低い温度とする運転モードである。第2運転モードは、例えば、春季および秋季のように外気温が中間温度となっており、車室内の除湿暖房を行うと同時に、バッテリ80の発熱が比較的少なく、第1運転モードよりも低い冷却能力でバッテリ80の冷却を行う運転条件時等に実行される。
これらの運転モードの切り替えは、制御装置60の記憶回路に予め記憶された制御プログラムが実行されることによって行われる。この制御プログラムでは、所定の制御周期毎に上述したセンサ群の検出信号、および操作パネル70の操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号を用いて、車室内へ送風される送風空気の目標吹出温度TAOを決定する。
具体的には、目標吹出温度TAOは、以下数式F1によって算出される。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C…(F1)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度である。Trは内気センサによって検出された車室内温度である。Tamは外気センサによって検出された車室外温度である。Tsは日射センサによって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
そして、制御プログラムでは、目標吹出温度TAOに基づいて、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度の目標値である目標蒸発器温度TEOを決定する。この制御プログラムでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標蒸発器温度TEOを上昇させるように決定する。さらに、この制御マップでは、室内蒸発器16の着霜を防止するために、目標蒸発器温度TEOを1℃以上に決定する。
また、制御プログラムでは、バッテリ温度センサ68によって検出されたバッテリ温度TBに基づいて、チラー21における冷媒蒸発温度の目標値である目標チラー温度TCOを決定する。この制御プログラムでは、バッテリ温度TBが上昇過程にある場合に目標チラー温度TCOを低下させ、バッテリ温度TBが下降過程にある場合に目標チラー温度TCOを上昇させるように決定する。
そして、目標蒸発器温度TEOが目標チラー温度TCOよりも高くなっている際には、第1運転モードに切り替え、目標蒸発器温度TEOが目標チラー温度TCOよりも低くなっている際には、第2運転モードに切り替える。
また、この制御プログラムでは、車室内の空調を行う場合に、予め定めた各運転モード用の基準圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御する。また、高温側熱媒体温度センサ66aによって検出された高温側熱媒体温度TWHが予め定めた基準高温側熱媒体温度KTWHに近づくように、高温側三方弁43の作動を制御する。
具体的には、例えば、車室内の冷房を行う場合のように、ヒータコア42における高温側熱媒体の放熱量が減少する際には、水−冷媒熱交換器12の水通路から流出した高温側熱媒体のうち高温側ラジエータ44へ流入する流量が増加するように、高温側三方弁43の作動を制御する。
例えば、車室内の暖房を行う場合のように、ヒータコア42における高温側熱媒体の放熱量が増加する際には、水−冷媒熱交換器12の水通路から流出した高温側熱媒体のうちヒータコア42へ流入する流量が増加するように、高温側三方弁43の作動を制御する。
また、この制御プログラムでは、車室内の空調を行うか否かによらず、車両システムが起動している際には、予め定めた各運転モード用の基準圧送能力を発揮するように、低温側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。また、バッテリ温度センサ68によって検出されたバッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持されるように、低温側三方弁53の作動を制御する。
具体的には、例えば、バッテリ温度TBが上昇過程にある際には、チラー21の水通路から流出した低温側熱媒体のうちバッテリ80の冷媒通路へ流入する流量が増加するように、低温側三方弁53の作動を制御する。さらに、例えば、バッテリ温度TBが下降過程にある際には、チラー21の水通路から流出した低温側熱媒体のうち低温側ラジエータ54へ流入する流量が増加するように、低温側三方弁53の作動を制御する。
以下に、第1運転モードおよび第2運転モードの詳細作動について説明する。
(1)第1運転モード
第1運転モードでは、制御装置60が、室内蒸発器16の冷媒出口と圧縮機11の吸入口とを接続すると同時にチラー21の冷媒通路の出口と三方弁22の流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。また、制御装置60は、四方弁19の1つの流出口と第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15cとを接続するように三方弁22の作動を制御する。
これにより、第1運転モードの冷凍サイクル装置10では、図1の太実線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→三方継手13a→第1流量調整弁14a→第1エジェクタ15→室内蒸発器16→四方弁19→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、三方継手13a→第2流量調整弁14b→第2エジェクタ20→チラー21→四方弁19→三方弁22→第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、制御装置60は、蒸発器温度センサ64fによって検出された蒸発器温度Tefinが目標蒸発器温度TEOに近づくように圧縮機11の作動を制御する。
また、制御装置60は、第2冷媒温度センサ64bによって検出された第2温度T2および第2冷媒圧力センサ65bによって検出された第2圧力P2から決定される室内蒸発器16出口側冷媒の過熱度SH1が、予め定めた第1基準過熱度KSH1(具体的には、10℃)に近づくように第1流量調整弁14aの作動を制御する。
また、制御装置60は、第3冷媒温度センサ64cによって検出された第3温度T3が目標チラー温度TCOに近づくように第2流量調整弁14bの作動を制御する。
また、制御装置60は、目標吹出温度TAO、高温側熱媒体温度TWHおよび蒸発器温度Tefinに基づいて、車室内に吹き出される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づくように、エアミックスドア34の開度を決定する。そして、決定された開度となるように、エアミックスドア用の電動アクチュエータの作動を制御する。
従って、第1運転モードでは、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入する。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入した冷媒は、水−冷媒熱交換器12の水通路を流通する高温側熱媒体と熱交換して放熱する。これにより、高温側熱媒体が加熱される。
高温側熱媒体回路40では、水−冷媒熱交換器12の水通路で加熱された高温側熱媒体がヒータコア42へ流入すると、高温側熱媒体が室内蒸発器16にて冷却された送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内へ送風される送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、三方継手13aへ流入して分岐される。三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aへ流入して減圧される。第1流量調整弁14aにて減圧された冷媒は、第1エジェクタ15の第1ノズル部15aへ流入する。
第1エジェクタ15の第1ノズル部15aへ流入した冷媒は、第1ノズル部15aにて等エントロピ的に減圧されて第1ノズル部15aから噴射される。そして、第1ノズル部15aから噴射された第1噴射冷媒の吸引作用によって、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒が、四方弁19および三方弁22を介して、第1冷媒吸引口15cから吸引される。
第1ノズル部15aから噴射された第1噴射冷媒、および第1冷媒吸引口15cから吸引された第1吸引冷媒は、第1ディフューザ部15dへ流入する。第1ディフューザ部15dでは、冷媒通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、第1噴射冷媒と第1吸引冷媒との第1混合冷媒の圧力が上昇する。第1ディフューザ部15dにて昇圧された冷媒は、室内蒸発器16へ流入する。
室内蒸発器16へ流入した冷媒は、送風機32によって送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、圧縮機11の吸入口から吸入されて再び圧縮される。
また、三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bへ流入して減圧される。第2流量調整弁14bにて減圧された冷媒は、第2エジェクタ20の第2ノズル部20aへ流入する。第2エジェクタ20の第2ノズル部20aへ流入した冷媒は、第2ノズル部20aにて減圧される。
この際、四方弁19の1つの流出口と第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15cとを接続するように三方弁22が切り替えられているので、第2冷媒吸引口20cから冷媒が吸引されることはない。このため、第2ノズル部20aにて減圧された冷媒は、第2冷媒吸引口20cから吸引された冷媒と混合されることなく第2ノズル部20aから流出する。つまり、第2エジェクタ20は、単なる固定絞りとして機能する。
第2エジェクタ20の第2ディフューザ部20dから流出した冷媒は、チラー21の冷媒通路へ流入する。チラー21の冷媒通路へ流入した冷媒は、チラー21の水通路を流通する低温側熱媒体と熱交換して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却される。
低温側熱媒体回路50では、チラー21の水通路で冷却された低温側熱媒体が、バッテリ80の冷却水通路へ流入すると、低温側熱媒体がバッテリ80と熱交換して吸熱する。これにより、バッテリ80が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19および三方弁22を介して、第1冷媒吸引口15cから吸引される。
以上の如く、第1運転モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器16にて冷却された送風空気をヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の適切な空調を行うことができる。さらに、チラー21にて冷却された低温側熱媒体をバッテリ80の冷却水通路へ流入させることができる。これにより、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第1運転モードの冷凍サイクル装置10では、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力を第1ディフューザ部15dにて昇圧された冷媒圧力とし、チラー21における冷媒蒸発圧力を第1ノズル部15aにて減圧された直後の低い冷媒圧力とすることができる。従って、第1エジェクタ15の昇圧作用によって、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に高くすることができる。
(2)第2運転モード
第2運転モードでは、制御装置60が、チラー21の冷媒通路の出口と圧縮機11の吸入口とを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と三方弁22の流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。また、制御装置60は、四方弁19の1つの流出口と第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20cとを接続するように三方弁22の作動を制御する。
これにより、第2運転モードの冷凍サイクル装置10では、図1の太破線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→三方継手13a→第2流量調整弁14b→第2エジェクタ20→チラー21→四方弁19→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、三方継手13a→第1流量調整弁14a→第1エジェクタ15→室内蒸発器16→四方弁19→三方弁22→第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、制御装置60は、第3冷媒温度センサ64cによって検出された第3温度T3および第3冷媒圧力センサ65cによって検出された第3圧力P3から決定されるチラー21の冷媒通路の冷媒通路の出口側冷媒の過熱度SH2が、予め定めた第2基準過熱度KSH2(具体的には、10℃)に近づくように第2流量調整弁14bの作動を制御する。
また、制御装置60は、第3温度T3が目標チラー温度TCOに近づくように第1流量調整弁14aの作動を制御する。
従って、第2運転モードでは、第1運転モードと同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1運転モードと同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、三方継手13aへ流入して分岐される。三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bにて減圧されて、第2エジェクタ20の第2ノズル部20aへ流入する。
第2エジェクタ20の第2ノズル部20aへ流入した冷媒は、第2ノズル部20aにて等エントロピ的に減圧されて第2ノズル部20aから噴射される。そして、第2ノズル部20aから噴射された第2噴射冷媒の吸引作用によって、室内蒸発器16から流出した冷媒が、四方弁19および三方弁22を介して、第2冷媒吸引口20cから吸引される。
第2ノズル部20aから噴射された第2噴射冷媒、および第2冷媒吸引口20cから吸引された第2吸引冷媒は、第2ディフューザ部20dへ流入する。第2ディフューザ部20dでは、冷媒通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、第2噴射冷媒と第2吸引冷媒との第1混合冷媒の圧力が上昇する。第2ディフューザ部20dにて昇圧された冷媒は、チラー21の冷媒通路へ流入する。
チラー21の冷媒通路へ流入した冷媒は、水通路を流通する低温側熱媒体と熱交換して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却される。低温側熱媒体回路50では、第1運転モードと同様に、バッテリ80が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、圧縮機11の吸入口から吸入されて再び圧縮される。
また、三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14bへ流入して減圧される。第1流量調整部14bにて減圧された冷媒は、第1エジェクタ15の第1ノズル部15aへ流入して減圧される。第2運転モードでは、第1運転モードの第2ノズル部20aと同様に、第1エジェクタ15は、単なる固定絞りとして機能する。
第1エジェクタ15の第1ディフューザ部15dから流出した冷媒は、室内蒸発器16へ流入する。室内蒸発器16へ流入した冷媒は、送風空気と熱交換して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19および三方弁22を介して、第2冷媒吸引口20cから吸引される。
以上の如く、第2運転モードの車両用空調装置1では、第1運転モードと同様に、室内蒸発器16にて冷却された送風空気をヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の適切な空調を行うことができる。さらに、チラー21にて冷却された低温側熱媒体をバッテリ80の冷却水通路へ流入させることができる。これにより、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第2運転モードの冷凍サイクル装置10では、チラー21における冷媒蒸発圧力を第2ディフューザ部20dにて昇圧された冷媒圧力とし、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力を第2ノズル部20aにて減圧された直後の低い冷媒圧力とすることができる。従って、第2エジェクタ20の昇圧作用によって、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に低くすることができる。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度を、チラー21における冷媒蒸発温度よりも高い温度とすることも、低い温度とすることもできる。つまり、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置において、所定の蒸発器の冷媒蒸発温度を、他の蒸発器の冷媒蒸発温度によらず、所望の温度に調整することができる。
さらに、第1運転モードおよび第2運転モードのいずれの冷媒回路に切り替えた際にも、室内蒸発器16およびチラー21のうち冷媒蒸発温度の高い方から流出した冷媒を圧縮機11の吸入口側へ導き、冷媒蒸発温度の低い方の蒸発器から流出した冷媒を第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15c側あるいは第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20c側へ導いている。
これによれば、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力とチラー21における冷媒蒸発圧力との蒸発圧力差を、第1エジェクタ15あるいは第2エジェクタ20の昇圧作用によって生じさせることができる。
このため、蒸発圧力差を生じさせるために、冷媒蒸発温度の高い方の蒸発器から流出した冷媒を不必要に減圧させることや、冷媒蒸発温度の低い方の蒸発器から流出した冷媒を再び昇圧させることの必要がない。従って、蒸発器における冷媒蒸発温度を所望の温度に調整するために、サイクルのCOPを低下させてしまうこともない。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図3の全体構成図に示すように、冷媒回路切替部の構成を変更した例を説明する。なお、図3では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
より具体的には、本実施形態では、第1実施形態で説明した四方弁19に代えて、第1三方弁22aおよび第2三方弁22bを採用している。第1三方弁22aおよび第2三方弁22bの基本的構成は、第1実施形態で説明した三方弁22と同様である。さらに、三方弁22に代えて、第1開閉弁23aおよび第2開閉弁23bと採用している。
第1三方弁22aは、室内蒸発器16の冷媒出口と圧縮機11の吸入口とを接続する冷媒回路、並びに、室内蒸発器16の冷媒出口と第2冷媒吸引口20c側とを接続する冷媒回路を切り替えるものである。第2三方弁22bは、チラー21の冷媒通路の出口と圧縮機11の吸入口とを接続する冷媒回路、並びに、チラー21の冷媒通路の出口と第1冷媒吸引口15c側とを接続する冷媒回路を切り替えるものである。
第1開閉弁23aは、第2三方弁22bと第1冷媒吸引口15cとを接続する冷媒回路を開閉するものである。第2開閉弁23bは、第1三方弁22aと第2冷媒吸引口20cとを接続する冷媒回路を開閉するものである。第1開閉弁23aおよび第2開閉弁23bは、制御装置60から出力される制御電圧によって開閉する電磁弁である。その他の構成は第1実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10の基本的作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、第1実施形態と同様に、第1運転モードおよび第2運転モードを実行することができる。
(1)第1運転モード
第1運転モードでは、制御装置60は、室内蒸発器16の冷媒出口と圧縮機11の吸入口とを接続するように第1三方弁22aの作動を制御し、チラー21の冷媒通路の出口と第1冷媒吸引口15c側とを接続するように第2三方弁22bの作動を制御する。また、制御装置60は、第1開閉弁23aを開き、第2開閉弁23bを閉じる。
これにより、第1運転モードの冷凍サイクル装置10では、図3の太実線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→三方継手13a→第1流量調整弁14a→第1エジェクタ15→室内蒸発器16→第1三方弁22a→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、三方継手13a→第2流量調整弁14b→第2エジェクタ20→チラー21→第2三方弁22b→第1開閉弁23a→第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
すなわち、第1実施形態の第1運転モードと全く同様のサイクルが構成される。その他の作動は、第1実施形態と同様である。
(2)第2運転モード
第2運転モードでは、制御装置60は、室内蒸発器16の冷媒出口と第2冷媒吸引口20c側とを接続するように第1三方弁22aの作動を制御し、チラー21の冷媒通路の出口と圧縮機11の吸入口とを接続するように第2三方弁22bの作動を制御する。また、制御装置60は、第1開閉弁23aを閉じ、第2開閉弁23bを開く。
これにより、第2運転モードの冷凍サイクル装置10では、図3の太破線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→三方継手13a→第2流量調整弁14b→第2エジェクタ20→チラー21→第2三方弁22b→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、三方継手13a→第1流量調整弁14a→第1エジェクタ15→室内蒸発器16→第1三方弁22a→第2開閉弁23b→第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
すなわち、第1実施形態の第2運転モードと全く同様のサイクルが構成される。その他の作動は、第1実施形態と同様である。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、第1実施形態と同様に作動して、同様の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、図4の全体構成図に示す冷凍サイクル装置10aを採用した例を説明する。
冷凍サイクル装置10aでは、圧縮機111として、二段昇圧式の電動圧縮機を採用している。圧縮機111は、その外殻を形成するハウジングの内部に、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との2つの圧縮機構、および双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成されたものである。圧縮機111は、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
圧縮機111には、吸入口11a、中間圧吸入口11b、吐出口11cが設けられている。吸入口11aは、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入するための吸入口である。吐出口11cは、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出口である。
中間圧吸入口11bは、ハウジングの外部から中間圧冷媒を流入させて、低圧から高圧へ圧縮過程の冷媒に合流させるための中間圧冷媒用の吸入口である。つまり、中間圧吸入口11bは、ハウジングの内部で低段側圧縮機構の吐出口側および高段側圧縮機構の吸入口側に接続されている。
さらに、冷凍サイクル装置10aでは、四方弁19の1つの流出口と三方弁22の流入口とを接続する冷媒通路に第2三方継手13bが配置されている。そして、第2三方継手13bの1つの流出口には、圧縮機111の中間圧吸入口11b側が接続されている。本実施形態では、説明の明確化のため、第1実施形態で説明した三方継手13aを第1三方継手13aと記載する。その他の冷凍サイクル装置10aの構成は、第1実施形態で説明した冷凍サイクル装置10と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10aにおいても、第1実施形態と同様に、第1運転モードおよび第2運転モードを実行することができる。以下に、第1運転モードおよび第2運転モードの詳細作動について説明する。
(1)第1運転モード
第1運転モードでは、制御装置60が、室内蒸発器16の冷媒出口と圧縮機111の中間圧吸入口11bとを接続すると同時にチラー21の冷媒通路の出口と三方弁22の流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。また、制御装置60は、四方弁19の1つの流出口と第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15cとを接続するように三方弁22の作動を制御する。
これにより、第1運転モードの冷凍サイクル装置10aでは、図4の太実線矢印に示すように、圧縮機111の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→第1エジェクタ15→室内蒸発器16→四方弁19→圧縮機111の中間圧吸入口11bの順に冷媒が循環するとともに、第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→第2エジェクタ20→チラー21→四方弁19→第2三方継手13b→三方弁22→第1エジェクタ15の冷媒吸引口15c、並びに、第2三方継手13b→圧縮機111の吸入口11aの順に冷媒が循環する二段昇圧式のエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、第1実施形態と同様に、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。従って、第1運転モードでは、第1実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、第1三方継手13aへ流入して分岐される。第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1実施形態と同様に、第1流量調整弁14aおよび第1エジェクタ15を介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、圧縮機111の中間圧吸入口11bから吸入される。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bおよび単なる固定絞りとして機能する第2エジェクタ20にて減圧されて、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。
チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、四方弁19を介して、第2三方継手13bへ流入して分岐される。第2三方継手13bにて分岐された一方の冷媒は、三方弁22を介して、第1冷媒吸引口15cから吸引される。第2三方継手13bにて分岐された他方の冷媒は、圧縮機111の吸入口11aへ吸入される。
以上の如く、第1運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。また、第1運転モードの冷凍サイクル装置10aでは、第1実施形態と同様に、第1エジェクタ15の昇圧作用によって、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に高くすることができる。
(2)第2運転モード
第2運転モードでは、制御装置60が、チラー21の冷媒通路の出口と圧縮機111の中間圧吸入口11bとを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と三方弁22の流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。また、制御装置60は、四方弁19の1つの流出口と第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20cとを接続するように三方弁22の作動を制御する。
これにより、第2運転モードの冷凍サイクル装置10aでは、図4の太破線矢印に示すように、圧縮機111の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→第2エジェクタ20→チラー21→四方弁19→圧縮機111の中間圧吸入口11bの順に冷媒が循環するとともに、第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→第1エジェクタ15→室内蒸発器16→四方弁19→第2三方継手13b→三方弁22→第2エジェクタ20の冷媒吸引口20c、並びに、第2三方継手13b→圧縮機111の吸入口11aの順に冷媒が循環する二段昇圧式のエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、第1実施形態と同様に、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。従って、第2運転モードでは、第1実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1運転モードと同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、第1三方継手13aへ流入して分岐される。第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第1実施形態と同様に、第2流量調整弁14bおよび第2エジェクタ20を介して、チラー21へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、四方弁19を介して、圧縮機111の中間圧吸入口11bから吸入される。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aおよび単なる固定絞りとして機能する第1エジェクタ15にて減圧されて、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。
室内蒸発器16から流出した冷媒の流れは、四方弁19を介して、第2三方継手13bへ流入して分岐される。第2三方継手13bにて分岐された一方の冷媒は、三方弁22を介して、第2冷媒吸引口20cから吸引される。第2三方継手13bにて分岐された他方の冷媒は、圧縮機111の吸入口11aへ吸入される。
以上の如く、第1運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。また、第2運転モードの冷凍サイクル装置10aでは、第1実施形態と同様に、第2エジェクタ20の昇圧作用によって、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に低くすることができる。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10aによれば、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度を、チラー21における冷媒蒸発温度よりも高い温度とすることも、低い温度とすることもできる。つまり、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置において、所定の蒸発器の冷媒蒸発温度を、他の蒸発器の冷媒蒸発温度によらず、所望の温度に調整することができる。
さらに、第1実施形態と同様に、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力とチラー21における冷媒蒸発圧力との蒸発圧力差を、第1エジェクタ15あるいは第2エジェクタ20の昇圧作用によって生じさせることができる。従って、蒸発器における冷媒蒸発温度を所望の温度に調整するために、サイクルのCOPを低下させてしまうこともない。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10aでは、いずれの冷媒回路に切り替えた際にも、室内蒸発器16およびチラー21のうち冷媒蒸発温度の高い方の蒸発器から流出した冷媒を圧縮機111の中間圧吸入口11b側へ導き、冷媒蒸発温度の低い方の蒸発器から流出した一部の冷媒を圧縮機111の吸入口11a側へ導くようにしている。従って、いわゆるガスインジェクションサイクルを構成することができるので、サイクルのCOPの向上を狙うことができる。
さらに、冷媒蒸発温度の低い方の蒸発器から流出した残余の冷媒を第1エジェクタ15の第1冷媒吸引口15c側あるいは第2エジェクタ20の第2冷媒吸引口20c側へ導いている。従って、第1エジェクタ15あるいは第2エジェクタ20の昇圧作用によって、残余の冷媒を昇圧することができる。その結果、圧縮機111の消費動力を低減させて、より一層、サイクルのCOPの向上を狙うことができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、図5の全体構成図に示す冷凍サイクル装置10bを採用した例を説明する。冷凍サイクル装置10bでは、第2エジェクタ20を廃止している。本実施形態では、説明の明確化のため、第1実施形態の第1エジェクタ15を単にエジェクタ15と記載する。同様に第1ノズル部15a等についても単にノズル部15aと記載する。
冷凍サイクル装置10bでは、水−冷媒熱交換器の冷媒通路の出口に、エジェクタ15のノズル部15aの入口側が接続されている。エジェクタ15のディフューザ部15dの出口には、気液分離器24の入口側が接続されている。気液分離器24は、ディフューザ部15dから流出した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離部である。
気液分離器24の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入口側が接続されている。気液分離器24の液相冷媒出口には、第1三方継手13aの流入口側が接続されている。
第1三方継手13aの一方の流出口には、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器16の冷媒出口には、四方弁19の1つの流入口側が接続されている。第1三方継手13aの他方の流出口には、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路の入口側が接続されている。チラー21の冷媒通路の出口には、四方弁19の別の1つの流入口側が接続されている。
本実施形態の四方弁19は、室内蒸発器16の冷媒出口と第3三方継手13cの一方の流入口とを接続すると同時にチラー21の冷媒通路の出口と補助圧縮機25の吸入口とを接続する冷媒回路、並びに、チラー21の冷媒通路の出口と第3三方継手13cの一方の流入口とを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と補助圧縮機25の吸入口とを接続する冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部である。
補助圧縮機25は、四方弁19の1つの流出口から流出した冷媒を昇圧させて、エジェクタ15の冷媒吸引口15c側へ吐出するものである。つまり、補助圧縮機25は、室内蒸発器16およびチラー21のいずれか一方から流出した冷媒の圧力を変化させる圧力変更部である。補助圧縮機25の基本的構成は、圧縮機11と同様である。補助圧縮機25の吐出口には、第3三方継手13cの他方の流入口側が接続されている。
第3三方継手13cの基本的構成は、第1三方継手13aと同様である。第3三方継手13cでは、3つの流入出口のうち、2つを流入口として用い、残りの1つを流出口として用いている。第3三方継手13cの流出口には、エジェクタ15の冷媒吸引口15c側が接続されている。
このため、第3三方継手13cは、室内蒸発器16から流出した冷媒の流れとチラー21の冷媒通路から流出した冷媒の流れを合流させて、エジェクタ15の冷媒吸引口15c側へ流出させる合流部としての機能を果たす。その他の冷凍サイクル装置10bの構成は、第1実施形態で説明した冷凍サイクル装置10と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10bにおいても、第1実施形態と同様に、第1運転モードおよび第2運転モードを実行することができる。以下に、第1運転モードおよび第2運転モードの詳細作動について説明する。
(1)第1運転モード
第1運転モードでは、制御装置60が、室内蒸発器16の冷媒出口と第3三方継手13cの一方の流入口とを接続すると同時にチラー21の冷媒通路の出口と補助圧縮機25の吸入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。
これにより、第1運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、図5の太実線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→エジェクタ15→気液分離器24の気相冷媒出口→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、気液分離器24の液相冷媒出口→第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→室内蒸発器16→四方弁19→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15c、並びに、第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→チラー21→四方弁19→補助圧縮機25→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、第1実施形態と同様に、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、制御装置60は、予め定めた第1運転モード用の弁開度となるように、第1流量調整弁14aの作動を制御する。また、制御装置60は、第3温度T3が目標チラー温度TCOに近づくように第2流量調整弁14bの作動を制御する。
また、制御装置60は、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力からチラー21における冷媒蒸発圧力を減算した圧力差に相当する昇圧能力を発揮するように、補助圧縮機25の作動を制御する。
従って、第1運転モードでは、第1実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、エジェクタ15のノズル部15aへ流入する。
エジェクタ15のノズル部15aへ流入した冷媒は、ノズル部15aにて等エントロピ的に減圧されてノズル部15aから噴射される。そして、ノズル部15aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、第3三方継手13cから流出した冷媒が、冷媒吸引口15cから吸引される。エジェクタ15のディフューザ部15dにて昇圧された冷媒は、気液分離器24へ流入する。
気液分離器24にて分離された気相冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。気液分離器24にて分離された液相冷媒の流れは、第1三方継手13aにて分岐される。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して第3三方継手13cへ流入する。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、補助圧縮機25に吸入されて昇圧される。補助圧縮機25にて昇圧された冷媒は、第3三方継手13cへ流入する。
第3三方継手13cでは、室内蒸発器16から流出した冷媒の流れと補助圧縮機25から吐出された冷媒の流れが合流する。第3三方継手13cから流出した冷媒は、冷媒吸引口15cから吸引される。
以上の如く、第1運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第1運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、補助圧縮機25を備えているので、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒を、室内蒸発器16から流出した冷媒の圧力と同等となるように昇圧させている。従って、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に高くすることができる。
(2)第2運転モード
第2運転モードでは、制御装置60が、チラー21の冷媒通路の出口と第3三方継手13cの一方の流入口とを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と補助圧縮機25の吸入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。
これにより、第2運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、図5の太破線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→エジェクタ15→気液分離器24の気相冷媒出口→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、気液分離器24の液相冷媒出口→第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→チラー21→四方弁19→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15c、並びに、第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→室内蒸発器16→四方弁19→補助圧縮機25→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、第1運転モードと同様に、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、制御装置60は、チラー21における冷媒蒸発圧力から室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力を減算した圧力差に相当する昇圧能力を発揮するように、補助圧縮機25の作動を制御する。
従って、第2運転モードでは、第1運転モードと同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、エジェクタ15のノズル部15aへ流入する。
エジェクタ15のノズル部15aへ流入した冷媒は、第1運転モードと同様に、ノズル部15aにて等エントロピ的に減圧されてノズル部15aから噴射される。そして、ノズル部15aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、第3三方継手13cから流出した冷媒が、冷媒吸引口15cから吸引される。エジェクタ15のディフューザ部15dにて昇圧された冷媒は、気液分離器24へ流入する。
気液分離器24にて分離された気相冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。気液分離器24にて分離された液相冷媒の流れは、第1三方継手13aにて分岐される。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、第3三方継手13cへ流入する。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、補助圧縮機25に吸入されて昇圧される。補助圧縮機25にて昇圧された冷媒は、第3三方継手13cへ流入する。
第3三方継手13cでは、室内蒸発器16から流出した冷媒の流れと補助圧縮機25から吐出された冷媒の流れが合流する。第3三方継手13cから流出した冷媒は、冷媒吸引口15cから吸引される。
以上の如く、第2運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第2運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、補助圧縮機25を備えているので、室内蒸発器16から流出した冷媒の圧力を、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の圧力と同等となるように昇圧させている。従って、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に低くすることができる。
つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10bでは、冷媒回路切替部である四方弁19が、第1運転モード時には、補助圧縮機25によってチラー21の冷媒通路から流出した冷媒を昇圧させる冷媒回路に切り替え、第2運転モード時には、補助圧縮機25によって室内蒸発器16から流出した冷媒を昇圧させる冷媒回路に切り替える。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10bによれば、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度を、チラー21における冷媒蒸発温度よりも高い温度とすることも、低い温度とすることもできる。つまり、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置において、所定の蒸発器の冷媒蒸発温度を、他の蒸発器の冷媒蒸発温度によらず、所望の温度に調整することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10bでは、いずれの冷媒回路に切り替えた際にも、第3三方継手13cにて室内蒸発器16から流出した冷媒の流れとチラー21の冷媒通路から流出した冷媒の流れとを合流させて、エジェクタ15の冷媒吸引口15c側へ導いている。
従って、エジェクタ15の昇圧作用によって、圧縮機11へ吸入される冷媒の圧力を室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力あるいはチラー21の冷媒通路における冷媒蒸発圧力よりも上昇させることができる。このため、補助圧縮機25が冷媒を昇圧させるためのエネルギを消費しても、サイクルのCOPの低下を抑制することができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、第4実施形態に対して、圧力変更部を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、図5の全体構成図に示すように、圧力変更部として、補助圧縮機25に代えて、蒸発圧力調整弁26を採用している。蒸発圧力調整弁26は、入口側の冷媒圧力が予め定めた基準調整圧力以上に維持されるように弁開度を変化させる調整弁である。
より具体的には、本実施形態の蒸発圧力調整弁26は、入口側の冷媒圧力の上昇に伴って弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構である。さらに、本実施形態では、基準調整圧力として、冷媒蒸発温度が1℃となる際の冷媒の飽和圧力を採用している。蒸発圧力調整弁26は、四方弁19と第3三方継手13cの一方の流入口との間に配置されている。その他の構成は、第4実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10bの基本的作動は、第4実施形態と同様である。以下に、第1運転モードおよび第2運転モードの詳細作動について説明する。
(1)第1運転モード
第1運転モードでは、制御装置60が、室内蒸発器16の冷媒出口と蒸発圧力調整弁26の入口側とを接続する同時にチラー21の冷媒通路の出口と第3三方継手13cの一方の流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。
これにより、第1運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、図6の太実線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→エジェクタ15→気液分離器24の気相冷媒出口→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、気液分離器24の液相冷媒出口→第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→室内蒸発器16→四方弁19→蒸発圧力調整弁26→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15c、並びに、第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→チラー21→四方弁19→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
従って、第1運転モードでは、第4実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、エジェクタ15のノズル部15aへ流入する。
エジェクタ15のノズル部15aへ流入した冷媒は、ノズル部15aにて等エントロピ的に減圧されてノズル部15aから噴射される。そして、ノズル部15aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、第3三方継手13cから流出した冷媒が、冷媒吸引口15cから吸引される。エジェクタ15のディフューザ部15dにて昇圧された冷媒は、気液分離器24へ流入する。
気液分離器24にて分離された気相冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。気液分離器24にて分離された液相冷媒の流れは、第1三方継手13aにて分岐される。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、蒸発圧力調整弁26へ流入して減圧される。蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒は、第3三方継手13cへ流入する。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、第3三方継手13cへ流入する。
第3三方継手13cでは、蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒の流れとチラー21の冷媒通路から流出した冷媒の流れが合流する。第3三方継手13cから流出した冷媒は、冷媒吸引口15cから吸引される。
以上の如く、第1運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第1運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、室内蒸発器16から流出した冷媒を、蒸発圧力調整弁26にて、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の圧力と同等となるように減圧させている。従って、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に高くすることができる。
(2)第2運転モード
第2運転モードでは、制御装置60が、チラー21の冷媒通路の出口と蒸発圧力調整弁26の入口とを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と第3三方継手13cの1つの流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。
これにより、第2運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、図6の太破線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→水−冷媒熱交換器12→エジェクタ15→気液分離器24の気相冷媒出口→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、気液分離器24の液相冷媒出口→第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→チラー21→四方弁19→蒸発圧力調整弁26→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15c、並びに、第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→室内蒸発器16→四方弁19→第3三方継手13c→エジェクタ15の冷媒吸引口15cの順に冷媒が循環するエジェクタ式冷凍サイクルが構成される。
従って、第2運転モードでは、第4実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、エジェクタ15のノズル部15aへ流入する。
エジェクタ15のノズル部15aへ流入した冷媒は、第1運転モードと同様に、ノズル部15aにて等エントロピ的に減圧されてノズル部15aから噴射される。そして、ノズル部15aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、第3三方継手13cから流出した冷媒が、冷媒吸引口15cから吸引される。エジェクタ15のディフューザ部15dにて昇圧された冷媒は、気液分離器24へ流入する。
気液分離器24にて分離された気相冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。気液分離器24にて分離された液相冷媒の流れは、第1三方継手13aにて分岐される。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、蒸発圧力調整弁26へ流入して減圧される。蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒は、第3三方継手13cへ流入する。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、第3三方継手13cへ流入する。
第3三方継手13cでは、蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒の流れと室内蒸発器16から流出した冷媒の流れが合流する。第3三方継手13cから流出した冷媒は、冷媒吸引口15cから吸引される。
以上の如く、第2運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第2運転モードの冷凍サイクル装置10bでは、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒を、蒸発圧力調整弁26にて、室内蒸発器16から流出した冷媒の圧力と同等となるように減圧させている。従って、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に低くすることができる。
つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10bでは、冷媒回路切替部である四方弁19が、第1運転モード時には、蒸発圧力調整弁26にて室内蒸発器16から流出した冷媒を減圧させる冷媒回路に切り替え、第2運転モード時には、蒸発圧力調整弁26にてチラー21の冷媒通路から流出した冷媒を減圧させる冷媒回路に切り替える。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10bによれば、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度を、チラー21における冷媒蒸発温度よりも高い温度とすることも、低い温度とすることもできる。つまり、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置において、所定の蒸発器の冷媒蒸発温度を、他の蒸発器の冷媒蒸発温度によらず、所望の温度に調整することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10bでは、第4実施形態と同様に、いずれの冷媒回路に切り替えた際にも、エジェクタ15の昇圧作用によって、圧縮機11へ吸入される冷媒の圧力を室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力あるいはチラー21の冷媒通路における冷媒蒸発圧力よりも上昇させることができる。このため、蒸発圧力調整弁26によって冷媒を減圧させても、サイクルのCOPの低下を抑制することができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、図7の全体構成図に示す冷凍サイクル装置10cを採用した例を説明する。冷凍サイクル装置10cでは、第1エジェクタ15および第2エジェクタ20を廃止している。このため、冷凍サイクル装置10cでは、第1流量調整弁14aの出口に、室内蒸発器16の冷媒入口側が接続されている。また、第2流量調整弁14bの出口に、チラー21の冷媒通路の入口側が接続されている。
さらに、冷凍サイクル装置10cでは、第5実施形態で説明した冷凍サイクル装置10bと同様に、室内蒸発器16の冷媒出口に、四方弁19の1つの流入口側が接続されている。また、チラー21の冷媒通路の出口には、四方弁19の別の1つの流入口側が接続されている。また、第3三方継手13cの流出口には、圧縮機11の吸入口側が接続されている。その他の構成は、第5実施形態で説明した冷凍サイクル装置10bと同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10cにおいても、第1実施形態と同様に、第1運転モードおよび第2運転モードを実行することができる。以下に、第1運転モードおよび第2運転モードの詳細作動について説明する。
(1)第1運転モード
第1運転モードでは、制御装置60が、室内蒸発器16の冷媒出口と蒸発圧力調整弁26の入口とを接続する同時にチラー21の冷媒通路の出口と合流部である第3三方継手13cの1つの流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。
これにより、第1運転モードの冷凍サイクル装置10cでは、図7の太実線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→室内蒸発器16→四方弁19→蒸発圧力調整弁26→第3三方継手13c→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→チラー21→四方弁19→第3三方継手13c→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、第1実施形態と同様に、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。
従って、第1運転モードでは、第1実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、第1三方継手13aにて分岐される。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、蒸発圧力調整弁26へ流入して減圧される。蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒は、第3三方継手13cへ流入する。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、第3三方継手13cへ流入する。
第3三方継手13cでは、蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒の流れとチラー21の冷媒通路から流出した冷媒の流れが合流する。第3三方継手13cから流出した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
以上の如く、第1運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第1運転モードの冷凍サイクル装置10cでは、室内蒸発器16から流出した冷媒を、蒸発圧力調整弁26にて、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒の圧力と同等となるように減圧させることができる。従って、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に高くすることができる。
(2)第2運転モード
第2運転モードでは、制御装置60が、チラー21の冷媒通路の出口と蒸発圧力調整弁26の入口とを接続すると同時に室内蒸発器16の冷媒出口と第3三方継手13cの1つの流入口とを接続するように四方弁19の作動を制御する。
これにより、第2運転モードの冷凍サイクル装置10cでは、図7の太破線矢印に示すように、圧縮機11の吐出口→第1三方継手13a→第1流量調整弁14a→室内蒸発器16→四方弁19→第3三方継手13c→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環するとともに、第1三方継手13a→第2流量調整弁14b→チラー21→四方弁19→蒸発圧力調整弁26→第3三方継手13c→圧縮機11の吸入口の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60は、第1実施形態と同様に、各種制御対象機器の作動を適宜制御する。
従って、第2運転モードでは、第1実施形態と同様に、圧縮機11から吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入して、高温側熱媒体が加熱される。高温側熱媒体回路40では、第1実施形態と同様に、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、第1三方継手13aにて分岐される。
第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2流量調整弁14bを介して、チラー21の冷媒通路へ流入して蒸発する。これにより、低温側熱媒体が冷却されて、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内に維持される。チラー21の冷媒通路から流出した冷媒は、四方弁19を介して、蒸発圧力調整弁26へ流入して減圧される。蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒は、第3三方継手13cへ流入する。
第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1流量調整弁14aを介して、室内蒸発器16へ流入して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器16から流出した冷媒は、四方弁19を介して、第3三方継手13cへ流入する。
第3三方継手13cでは、蒸発圧力調整弁26で減圧された冷媒の流れと室内蒸発器16から流出した冷媒の流れが合流する。第3三方継手13cから流出した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
以上の如く、第2運転モードの車両用空調装置1では、第1実施形態と同様に、車室内の適切な空調を行うことができるとともに、バッテリ80の温度を温度範囲内に維持することができる。
また、第2運転モードの冷凍サイクル装置10cでは、チラー21の冷媒通路から流出した冷媒を、蒸発圧力調整弁26にて、室内蒸発器16から流出した冷媒の圧力と同等となるように減圧させる。従って、室内蒸発器16における冷媒蒸発圧力をチラー21における冷媒蒸発圧力よりも確実に低くすることができる。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10cによれば、室内蒸発器16における冷媒蒸発温度を、チラー21における冷媒蒸発温度よりも高い温度とすることも、低い温度とすることもできる。つまり、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置において、所定の蒸発器の冷媒蒸発温度を、他の蒸発器の冷媒蒸発温度によらず、所望の温度に調整することができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置10〜10cをバッテリ温度調整機能付きの車両用空調装置に適用した例を説明したが、冷凍サイクル装置10〜10cの適用はこれに限定されない。従って、それぞれの蒸発器における冷却対象物も、送風空気や低温側熱媒体に限定されない。
例えば、第2蒸発部として、チラー21に代えて、バッテリと冷媒とを直接的に熱交換させ、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによってバッテリを冷却する冷却用熱交換部を採用してもよい。さらに、第1、第2蒸発部の冷却対象物は、インバータ、電動モータ、充電器等のように作動時に発熱を伴う電気機器であってもよい。
この際、第1、第2蒸発部の冷却対象物のいずれか一方の冷却対象物を空調対象空間へ送風される送風空気とすればよい。送風空気を冷却する蒸発器では、着霜防止のため冷媒蒸発温度を0℃より高い温度に維持しておく必要がある。このため、他方の蒸発器の冷媒蒸発温度を0℃以上から0℃以下に至る広い範囲で調整可能であることは、他方の蒸発器における冷却対象物を幅広い範囲から選択可能となる点で有効である。
具体的には、本発明に係る冷凍サイクル装置10〜10cを、コンピューターサーバーの温度を適切に調整しつつ、室内の空調を行うサーバー冷却機能付きの空調装置等に適用してもよい。
(2)冷凍サイクル装置10〜10cの構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、第1〜第3実施形態では、第1流量調整弁14aおよび第1エジェクタ15を採用した例を説明したが、第1流量調整弁14aおよび第1エジェクタ15を一体化させて流量調整機能付きの可変エジェクタとしてもよい。第2流量調整弁14bと第2エジェクタ20についても同様である。
また、第1実施形態では、冷媒回路切替部として、四方弁19および三方弁22を採用し、第2実施形態では、冷媒回路切替部として、第1、第2三方弁22a、22bおよび第1、第2開閉弁23a、23bを採用した例を説明したが、冷媒回路切替部はこれに限定されない。例えば、複数の開閉弁のみを組み合わせることによって構成してもよい。
同様に、上述した効果を発揮できる範囲内であれば、冷凍サイクル装置の各構成機器の一体化あるいは別体化を行ってもよい。
また、上述の実施形態では、放熱器として、水−冷媒熱交換器12を採用した例を説明したが、放熱器はこれに限定されない。例えば、放熱器として、圧縮機11、111から吐出された冷媒と室内蒸発器16通過後の送風空気とを熱交換させる室内凝縮器を採用してもよい。あるいは、圧縮機11、111から吐出された冷媒と外気とを熱交換させる室外放熱器を採用してもよい。
また、第1〜第4実施形態では、制御装置60が室内蒸発器16の着霜を抑制するように圧縮機11の作動を制御した例を説明したが、室内蒸発器16の冷媒出口と冷媒回路切替部との間に、第5、第6実施家形態で説明した蒸発圧力調整弁26を配置してもよい。これによれば、室内蒸発器16の着霜を確実に防止することができる。
また、第3実施形態では、圧縮機111として、2つの圧縮機構を1つのハウジング内に収容した二段昇圧式の電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機111は、これに限定されない。
例えば、中間圧吸入口11bから中間圧のサイクル用冷媒を流入させて、低圧から高圧へ圧縮される過程のサイクル用冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、1つの固定容量型の圧縮機構、および1つの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機であってもよい。
この他にも、2つの圧縮機を直列に接続して、低段側に配置される低段側圧縮機の吸入口を吸入口11aとし、高段側に配置される高段側圧縮機の吐出口を吐出口11cとする。さらに、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機との吸入口とを接続する接続部に中間圧吸入口11bを設ける。このように、低段側圧縮機と高段側圧縮機との2つの圧縮機を用いて、1つの二段昇圧式の圧縮機を構成してもよい。
また、第5実施形態では、圧力変更部として、機械式の可変絞り機構である蒸発圧力調整弁26を採用した例を説明したが、圧力変更部はこれに限定されない。圧力変更部として、第1、第2流量調整弁14a、14bと同様の流量調整弁を採用してもよい。そして、制御装置60が、この流量調整弁へ流入する冷媒の圧力が基準調整圧力以上となるように、流量調整弁の作動を調整すればよい。
また、上述の実施形態では、冷媒としてR1234yfを採用した例を説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、R134a、R600a、R410A、R404A、R32、R407C、等を採用してもよい。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。さらに、冷媒として二酸化炭素を採用して、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。
(3)冷凍サイクル装置10〜10cの制御態様は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、第1、第2流量調整弁14a、14bの作動については、第1流量調整弁14aから流出する冷媒の流量と第2流量調整弁14bから流出する冷媒の流量との流量比が予め定めた基準流量比に近づくように制御してもよい。エアミックスドア用の電動アクチュエータについては、空調風温度センサ69によって検出された送風空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように制御してもよい。
また、運転モードは、第1、第2運転モード以外の運転モードを実行可能に構成されていてもよい。例えば、第2流量調整弁14bを閉塞して、バッテリ80の温度調整を行うことなく、室内蒸発器16にて冷媒を蒸発させて送風空気を冷却する単独冷房モードを実行可能に構成されていてもよい。さらに、第1流量調整弁14aを閉塞して、送風空気の冷却を行うことなく、チラー21にて冷媒を蒸発させる単独冷却モードを実行可能に構成されていてもよい。