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