JP2020111193A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別途膨張弁を必要とすることなく、冷媒回路を流通する冷媒によって熱媒体回路を流通する熱媒体を冷却することのできる車両用空気調和装置を提供する。【解決手段】吸熱器として機能する室外熱交換器２２及び吸熱器１４の冷媒流出側に接続され、冷媒回路２０を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器２３を備えている。これにより、熱媒体熱交換器２３専用の膨張弁を必要とすることなく、冷媒回路２０を流通する冷媒によって熱媒体回路３０の熱媒体を冷却することができるので、部品点数を低減することによる製造コストの低減を図ることが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、走行用の電動モータに電力を供給するバッテリ等、使用時に温度の調節が必要な機器を備えた車両に適用可能な車両用空気調和装置に関するものである。

従来、この種の車両用空気調和装置では、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び膨張弁を有する冷媒回路を備え、室内熱交換器において冷媒と熱交換した空気を車室内に供給することによって車室内の冷房、暖房、除湿等を行っている（例えば、特許文献１参照）。

また、前記車両用空気調和装置が搭載される車両としては、電気自動車やハイブリッド車等、駆動源としての電動モータに電力を供給するバッテリ等、使用時に冷却が必要な機器を備えているものがある。

このため、前記車両用空気調和装置では、機器の冷却を可能とするために、冷却が必要な機器が接続された熱媒体回路と、熱媒体回路を流通する熱媒体と冷媒回路を流通する冷媒とを熱交換する熱媒体熱交換器と、を備えているものがある。

特開２０１８−６３０５５号公報

機器の冷却が可能な車両用空気調和装置では、冷媒回路に対して、吸熱器として機能する室内熱交換器と並列に熱媒体熱交換器を接続し、室内熱交換器及び熱媒体熱交換器のそれぞれの上流側に膨張弁を設けている。前記車両用空気調和装置では、熱媒体熱交換器専用の膨張弁が必要となるため、部品点数が増加する。

本発明の目的とするところは、別途膨張弁を必要とすることなく、冷媒回路を流通する冷媒によって熱媒体回路を流通する熱媒体を冷却することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。

本発明の車両用空気調和装置は、前記目的を達成するために、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び膨張弁を有する冷媒回路を備えた車両用空気調和装置であって、車両の構成機器が接続され、流通する熱媒体によって構成機器の温度を調節する熱媒体回路と、吸熱器として機能する室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒流出側に接続され、冷媒回路を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器と、を備えている。

これにより、膨張弁によって減圧された冷媒が、吸熱器として機能する室内熱交換器または室外熱交換器において吸熱し、さらに熱媒体熱交換器において吸熱することから、熱媒体熱交換器専用の膨張弁を必要とすることなく、冷媒回路を流通する冷媒によって熱媒体回路の熱媒体が冷却される。

本発明の車両用空気調和装置によれば、熱媒体熱交換器専用の膨張弁を必要とすることなく、冷媒回路を流通する冷媒によって熱媒体回路の熱媒体を冷却することができるので、部品点数を低減することによる製造コストの低減を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 制御系を示すブロック図である。

図１及び図２は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の車両用空気調和装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車等、電動モータの駆動力によって走行可能な車両に適用されるものである。

車両は、走行用の電動モータと、電動モータに電力を供給するための構成機器としての走行用のバッテリＢと、を有している。バッテリＢは、使用によって熱を放出するものである。また、バッテリＢは、所定の性能を発揮するために、所定の温度帯での使用が要求される。このため、バッテリＢは、外気の温度や使用状態に応じて冷却する必要が生じる場合がある。バッテリＢは、例えば１０℃〜３０℃の範囲での使用が望ましい。

この車両用空気調和装置１は、図１に示すように、車両の車室内に設けられる空調ユニット１０と、車室内および車室外にわたって設けられる冷媒回路２０と、バッテリＢから放出された熱を吸収する熱媒体を流通させるための熱媒体回路３０と、を備えている。

空調ユニット１０は、車室内に供給する空気を流通させるための空気流通路１１を有している。空気流通路１１の一端側には、車室外の空気を空気流通路１１に流入させるための外気吸入口１１ａと、車室内の空気を空気流通路１１に流入させるための内気吸入口１１ｂと、が設けられている。また、空気流通路１１の他端側には、空気流通路１１を流通した空気を、搭乗者の足元に向かって吹き出させる図示しないフット吹出口、搭乗者の上半身に向かって吹き出させる図示しないベント吹出口、及び、車両のフロントガラスの車室内側の面に向かって吹き出させる図示しないデフ吹出口、が設けられている。

空気流通路１１の一端側には、外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂの一方を開放して他方を閉鎖することが可能な吸入口切替ダンパ１３が設けられている。吸入口切替ダンパ１３は、内気吸入口１１ｂを閉鎖して外気吸入口１１ａを開放する外気供給モードと、外気吸入口１１ａを閉鎖して内気吸入口１１ｂを開放する内気循環モードと、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとの間に位置させることで外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとをそれぞれ開放する内外気吸入モードと、を切り替えることが可能である。

空気流通路１１内の一端側には、空気流通路１１の一端側から他端側に向かって空気を流通させるためのシロッコファン等の室内送風機１２が設けられている。

空気流通路１１における室内送風機１２の空気流通方向下流側には、空気流通路１１を流通する空気を冷却及び除湿するための室内熱交換器としての吸熱器１４が設けられている。また、空気流通路１１における吸熱器１４の空気流通方向下流側には、空気流通路１１を流通する空気を加熱するための室内熱交換器としての放熱器１５が設けられている。

放熱器１５は、空気流通路１１の直交方向一方側に配置され、空気流通路１１の直交方向他方側には、放熱器１５を迂回する放熱器バイパス流通路１１ｃが形成される。

空気流通路１１における吸熱器１４と放熱器１５との間には、吸熱器１４を通過した空気のうち、放熱器１５によって加熱される空気の割合を調整するためのエアミックスダンパ１６が設けられている。エアミックスダンパ１６は、放熱器１５及び放熱器バイパス流通路１１ｃの空気流通方向上流側において、放熱器バイパス流通路１１ｃ及び放熱器１５の一方の空気流通方向上流側を閉鎖して他方を開放したり、放熱器バイパス流通路１１ｃ及び放熱器１５の両方を開放し、放熱器１５の空気流通方向上流側の開度を調整したりする。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１における放熱器１５の空気流通方向上流側を閉鎖して放熱器バイパス流通路１１ｃを開放した状態で開度が０％となり、空気流通路１１における放熱器１５の空気流通方向上流側を開放し、放熱器バイパス流通路１１ｃを閉鎖した状態で開度が１００％となる。

冷媒回路２０は、前記吸熱器１４、前記放熱器１５、冷媒を圧縮するための圧縮機２１、冷媒と車室外の空気とを熱交換するための室外熱交換器２２、冷媒回路２０を流通する冷媒と熱媒体回路３０を流通する熱媒体とを熱交換するための熱媒体熱交換器２３、全閉と全開との間で弁開度の調整が可能な第１及び第２膨張弁２４ａ，２４ｂ、冷媒の流路を開閉するための第１及び第２電磁弁２５ａ，２５ｂ、冷媒の流路における冷媒の流通方向を規制するための第１及び第２逆止弁２６ａ，２６ｂ、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒が圧縮機２１に吸入されることを防止するためのアキュムレータ２７を有し、これらは例えばアルミニウム管や銅管によって接続されている。冷媒回路２０を流通する冷媒としては、例えば、Ｒ−１３４ａ等が用いられる。

具体的に説明すると、圧縮機２１の冷媒吐出側には、放熱器１５の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ａが形成されている。放熱器１５の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｂが形成されている。冷媒流通路２０ｂには、第１膨張弁２４ａが設けられている。室外熱交換器２２の冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｃが形成されている。冷媒流通路２０ｃには、室外熱交換器２２側から順に、第１逆止弁２６ａ、第２膨張弁２４ｂが設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、熱媒体熱交換器２３の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｄが形成されている。冷媒流通路２０ｄには、第２逆止弁２６ｂが設けられている。熱媒体熱交換器２３の冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｅが設けられている。冷媒流通路２０ｅには、アキュムレータ２７が設けられている。また、冷媒流通路２０ｂにおける放熱器１５と第１膨張弁２４ａとの間には、室外熱交換器２２を迂回し、冷媒流通路２０ｃにおける第１逆止弁２６ａと第２膨張弁２４ｂとの間を接続することにより、冷媒流通路２０ｆが形成されている。冷媒流通路２０ｆには、第１電磁弁２５ａが設けられている。冷媒流通路２０ｃにおける室外熱交換器２２と第１逆止弁２６ａとの間には、冷媒流通路２０ｄにおける吸熱器１４と第２逆止弁２６ｂとの間を接続することにより、冷媒流通路２０ｇが形成されている。冷媒流通路２０ｇには、第２電磁弁２５ｂが設けられている。

また、室外熱交換器２２は、フィンとチューブとからなる熱交換器であり、エンジンルーム等の車室外において空気の流通方向となる車両の前後方向に配置されている。室外熱交換器２２の近傍には、車両の停止時に車室外の空気を前後方向に流通させるための室外送風機２２ａが設けられている。

熱媒体回路３０は、前記熱媒体熱交換器２３、熱媒体を圧送するための熱媒体ポンプ３１、車両走行用のバッテリＢ、を有し、これらは例えばアルミニウム管や銅管によって接続されている。熱媒体回路３０を流通する熱媒体としては、例えば、エチレングリコール等の不凍液が用いられる。

具体的に説明すると、熱媒体ポンプ３１の熱媒体吐出側には、バッテリＢの熱媒体流入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ａが形成されている。バッテリＢの熱媒体流出側には、熱媒体熱交換器２３の熱媒体流入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ｂが形成されている。熱媒体熱交換器２３の熱媒体流出側には、熱媒体ポンプ３１の熱媒体吸入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ｃが形成されている。

また、本発明の車両用空気調和装置１は、圧縮機２１の回転数を制御するための圧縮機制御部としてのコントローラ４０を備えている。

コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭを有している。コントローラ４０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ４０の入力側には、図２に示すように、空気流通路１１における吸熱器１４の下流側の空気の温度を検出するための温度検出部としての温度センサ４１が接続されている。また、コントローラ４０の出力側には、圧縮機２１が接続されている。

以上のように構成された車両用空気調和装置１では、空調ユニット１０及び冷媒回路２０を用いて車室内の空気の温度及び湿度を調節する。

例えば、車室内の温度を低下させる冷房運転では、空調ユニット１０において、室内送風機１２を駆動させるとともに、エアミックスダンパ１６の開度を０％に設定する。また、冷媒回路２０において、第１膨張弁２４ａを全開、第２膨張弁２４ｂを所定の弁開度、第１電磁弁２５ａを閉鎖、第２電磁弁２５ｂを閉鎖した状態で圧縮機２１を駆動させる。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１の冷媒回路２０における実線の矢印で示すように、放熱器１５、室外熱交換器２２、吸熱器１４、熱媒体熱交換器２３の順に流通して圧縮機２１に吸入される。

冷媒回路２０を流通する冷媒は、エアミックスダンパ１６の開度が０％であるため放熱器１５において放熱することなく、室外熱交換器２２において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。

空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換することによって冷却されて車室内に吹き出される。

また、例えば、車室内の温度及び湿度を低下させる除湿冷房運転では、冷房運転時における冷媒回路２０の冷媒の流路において、空調ユニット１０のエアミックスダンパ１６の開度を０％よりも大きい開度に設定する。

これにより、冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５及び室外熱交換器２２において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。

空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換することによって除湿されるとともに冷却され、放熱器１５において目標吹出温度まで加熱されて車室内に吹き出される。

また、例えば、車室内の湿度を低下させるとともに温度を上昇させる除湿暖房運転では、冷房運転時の冷媒回路２０の冷媒の流路において、第１膨張弁２４ａを全開よりも小さい所定の弁開度とする。また、空調ユニット１０のエアミックスダンパ１６の開度を０％よりも大きい開度に設定する。

これにより、冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２及び吸熱器１４において吸熱する。

空調ユニット１０の空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換することによって除湿されるとともに冷却され、放熱器１５において目標吹き出し温度まで加熱されて車室内に吹出される。

また、例えば、車室内の温度を上昇させる暖房運転では、空調ユニット１０において、室内送風機１２を駆動させるとともに、エアミックスダンパ１６を０％よりも大きい開度に設定する。また、冷媒回路２０において、第１膨張弁２４ａを全開よりも小さい所定の弁開度、第２膨張弁２４ｂを全閉、第１電磁弁２５ａを閉鎖、第２電磁弁２５ｂを開放した状態で、圧縮機２１を駆動させる。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１の冷媒回路２０における破線の矢印で示すように、放熱器１５、室外熱交換器２２、熱媒体熱交換器２３の順に流通して圧縮機２１に吸入される。

冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２において吸熱する。

空調ユニット１０の空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換することなく、放熱器１５において放熱する冷媒と熱交換することによって加熱されて車室内に吹き出される。

また、車両の走行時等には、バッテリＢから熱が放出されて、バッテリＢの冷却が必要となる場合がある。また、車両用空気調和装置１では、暖房運転時において、外気が低温の場合に、室外熱交換器２２における冷媒の凝縮温度が低下し、室外熱交換器２２における着霜が生じやすくなる。そこで、車両用空気調和装置１では、空調ユニット１０及び冷媒回路２０を用いて車室内の温度及び湿度を調節している状態において、バッテリＢから放出される熱を冷媒回路２０において吸収させるための排熱吸収運転を行う。

排熱吸収運転では、熱媒体回路３０において、熱媒体ポンプ３１を駆動させる。

熱媒体ポンプ３１から吐出された熱媒体は、図１の熱媒体回路３０における実線の矢印で示すように、バッテリＢ、熱媒体熱交換器２３の順に流通して熱媒体ポンプ３１に吸入される。熱媒体回路３０を流通する熱媒体は、バッテリＢから放出された熱によって加熱され、熱媒体熱交換器２３において冷媒と熱交換することによって冷却される。

暖房運転以外の運転において、冷媒回路２０を流通する冷媒は、第２膨張弁２４ｂで減圧された後に、吸熱器１４において空気流通路１１を流通する空気と熱交換して吸熱し、さらに熱媒体熱交換器２３において熱媒体と熱交換することによって吸熱する。暖房運転において、冷媒回路２０を流通する冷媒は、第１膨張弁２４ａで減圧された後に、室外熱交換器２２において車室外の空気と熱交換して吸熱し、さらに熱媒体熱交換器２３において熱媒体と熱交換することによって吸熱する。

バッテリＢは、熱媒体熱交換器２３において冷媒と熱交換した熱媒体によって冷却される。

排熱吸収運転において、コントローラ４０は、温度センサ４１によって検出される温度が摂氏ゼロ度以上となるように、圧縮機２１の回転数を制御する。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、吸熱器として機能する室外熱交換器２２及び吸熱器１４の冷媒流出側に接続され、冷媒回路２０を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器２３を備えている。

これにより、熱媒体熱交換器２３専用の膨張弁を必要とすることなく、冷媒回路２０を流通する冷媒によって熱媒体回路３０の熱媒体を冷却することができるので、部品点数を低減することによる製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、熱媒体熱交換器２３と圧縮機２１との間の冷媒流路には、液体の冷媒を分離して気体の冷媒を圧縮機２１に吸入させるアキュムレータ２７が設けられている。

これにより、アキュムレータ２７の冷媒流通方向の上流側に位置する熱媒体熱交換器２３において冷媒を確実に蒸発させることができるので、熱媒体熱交換器２３において熱媒体をより確実に冷却することができる。また、暖房運転時においては、室外熱交換器２２における吸熱量を小さくすることができるので、室外熱交換器２２における冷媒の凝縮温度の低下を抑制することができ、着霜を生じにくくすることが可能となる。

また、コントローラ４０は、熱媒体熱交換器２３において熱媒体回路３０を流通する熱媒体と冷媒回路２０を流通する冷媒とを熱交換する際に、温度センサ４１によって検出される温度が摂氏ゼロ度以上となるように、圧縮機２１の回転数を制御する。

これにより、熱媒体回路３０に接続されたバッテリＢの冷却を中心に冷媒回路２０を利用する場合に、冷媒の温度の低下によって生じる吸熱器１４の着霜を抑制することが可能となる。

尚、前記実施形態では、温度の調節が必要な車両の構成機器としてバッテリＢを示したが、これに限られるものではない。温度の調節が必要な車両の構成機器としては、例えば、コンバータ等の電源装置や電子部品、電動モータ等であってもよい。

また、前記実施形態では、熱媒体回路３０を流通する熱媒体として、不凍液を用いたものを示したが、これに限られるものではない。熱媒体熱交換器２３において冷媒と熱交換可能であれば、例えば、水や油等の流体を熱媒体として用いることも可能である。

また、前記実施形態では、コントローラ４０が、排熱吸収運転において、吸熱器１４の空気流通方向下流側の空気の温度を検出する温度センサ４１によって検出される温度が摂氏ゼロ度以上となるように、圧縮機２１の回転数を制御するものを示したが、これに限られるものではない。吸熱器１４における着霜を抑制するためのその他の方法としては、冷媒回路２０の低圧側の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサを設け、圧力センサによって検出される圧力に基づいて、圧縮機２１の回転数を制御するようにしてもよい。この場合、圧縮機２１の回転数は、圧力センサによって検出される圧力から得られる冷媒の温度が、吸熱器１４において着霜を生じない温度、例えば、摂氏ゼロ度以上となるように制御される。

１…車両用空気調和装置、１４…吸熱器、１５…放熱器、２０…冷媒回路、２１…圧縮機、２２…室外熱交換器、２３…熱媒体熱交換器、２４ａ…第１膨張弁、２４ｂ…第２膨張弁、２７…アキュムレータ、３０…熱媒体回路、４０…コントローラ、４１…温度センサ、Ｂ…バッテリ。

Claims (5)

1. 圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び膨張弁を有する冷媒回路を備えた車両用空気調和装置であって、
   車両の構成機器が接続され、流通する熱媒体によって構成機器の温度を調節する熱媒体回路と、
   吸熱器として機能する室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒流出側に接続され、冷媒回路を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換させる熱媒体熱交換器と、を備えた
   車両用空気調和装置。
2. 熱媒体熱交換器と圧縮機との間の冷媒流路には、液体の冷媒を分離して気体の冷媒を圧縮機に吸入させるアキュムレータが設けられている
   請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 吸熱器として機能する室内熱交換器の温度を検出する温度検出部と、
   熱媒体熱交換器において熱媒体回路を流通する熱媒体と冷媒回路を流通する冷媒とを熱交換する際に、温度検出部によって検出される温度が摂氏ゼロ度以上となるように、圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御部と、を備えた
   請求項１または２に記載の車両用空気調和装置。
4. 冷媒回路における低圧側の圧力を検出する圧力検出部と、
   熱媒体熱交換器において熱媒体回路を流通する熱媒体と冷媒回路を流通する冷媒とを熱交換する際に、圧力検出部によって検出される圧力に基づいて、圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御部と、を備えた
   請求項１または２に記載の車両用空気調和装置。
5. 圧縮機制御部は、圧力検出部によって検出される圧力から得られる冷媒の温度が摂氏ゼロ度以上となる圧力となるように圧縮機の回転数を制御する
   請求項４に記載の車両用空気調和装置。

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