JP2024006192A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エバポレータでの冷媒寝込みを回避することができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】モータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用する空調装置１０であって、モータ１１から吸熱するチラー３５と、暖房時に車室１２へ送風する空気を加熱するために排熱する水冷コンデンサ３２と、冷房時に車室１２へ送風する空気を冷却するエバポレータ３３と、に冷媒を循環させる冷凍サイクル回路３０と、車室１２へ送風する空気の内気循環または外気導入を切り替える内外気切替ドア２２と、を備え、内外気切替ドア２２は、暖房時であって、外気温度が所定温度以下、かつ、エバポレータ３３の温度が所定温度以下、かつ、モータ１１からの吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、車室１２へ送風する空気を内気循環させる。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱体から吸熱して車室の暖房に利用する車両用空調装置に関する。

車両用空調装置では、モータ、バッテリ、エンジン等の発熱体から吸熱して車室の暖房に利用する場合がある。当該車両用空調装置は、発熱体から吸熱するチラーと、暖房時に車室へ送風する空気を加熱するために排熱する熱交換器と、冷房時に車室へ送風する空気を冷却するエバポレータとに冷媒を循環させる冷凍サイクル回路を有している。例えば、特許文献１には、チラーによってモータから吸熱し、排熱を車室の暖房に利用する車両用空調装置が開示されている。

特開２０２２－０５３３１９号公報

上述した車両用空調装置では、暖房時において極低温下での外気導入をした場合には、導入した外気によって空気通路に設けられたエバポレータが冷やされ、エバポレータの圧力が低下する。一方、チラーは吸熱によって圧力が上昇する。このため、チラー圧力がエバポレータ圧力よりも大きくなり、エバポレータにおいて冷媒寝こみが発生する。冷媒寝込みとは、液冷媒が滞まってしまう現象である。エバポレータにおいて冷媒寝こみが発生すると、冷媒循環量が不足し、暖房能力が低下する。

そこで、本発明は、エバポレータでの冷媒寝込みを回避することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空調装置は、発熱体から吸熱して車室の暖房に利用する車両用空調装置であって、発熱体から吸熱するチラーと、暖房時に車室へ送風する空気を加熱するために排熱する熱交換器と、冷房時に車室へ送風する空気を冷却するエバポレータと、に冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、車室へ送風する空気の内気循環または外気導入を切り替える切替部と、を備え、切替部は、暖房時であって、外気温度が所定温度以下、かつ、エバポレータの温度が所定温度以下、かつ、発熱体からの吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、車室へ送風する空気を内気循環させることを特徴とする。

本発明の車両用空調装置によれば、エバポレータでの冷媒寝込みを回避することができる。

実施形態の一例である車両用空調装置を示す模式図である。 実施形態の一例である車両用空調装置を示すブロック図である。 内気循環制御の流れを示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。
＜車両用空調装置＞
図１および図２を用いて、実施形態の一例である空調装置１０について説明する。

車両用空調装置としての空調装置１０では、発熱体としてのモータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用している。空調装置１０は、モータ１１からモータ冷却回路５０を介して吸熱するチラー３５と、暖房時に車室１２へ送風する空気を加熱するために排熱する熱交換器としての水冷コンデンサ３２と、冷房時に車室１２へ送風する空気を冷却するエバポレータ３３とに冷媒を循環させる冷凍サイクル回路３０を有している。空調装置１０によれば、詳細は後述するが、エバポレータ３３での冷媒寝込みを回避することができる。

空調装置１０は、車両に搭載されている。車両は、４輪の電動車両であって、電池の電力によって駆動されるモータ１１によって走行する。ただし、車両は、電動車両に限定されず、例えばハイブリッド車両であってもよい。

本実施形態の発熱体は、モータ１１であって、詳細は後述するモータ冷却回路５０によって冷却される。発熱体は、モータ１１に限定されることなく、バッテリであってもよく、ハイブリッド車両であればエンジンであってもよい。

図１に示すように、空調装置１０は、車室１２に調和した空気を送風するための空気通路２０と、上述した冷凍サイクル回路３０と、空気通路２０によって送風される空気を加熱するヒータ回路４０と、モータ１１を冷却するモータ冷却回路５０と、空気通路２０、冷凍サイクル回路３０、ヒータ回路４０およびモータ冷却回路５０の各機器をそれぞれ制御する空調ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６０とを有している。

空気通路２０は、空気を調和し、調和した空気を車室１２に送風する通路である。空気通路２０は、ヒータ回路４０に接続され、空気通路２０を通過する空気を加熱するヒータコア４１と、冷凍サイクル回路３０に接続され、空気通路２０を通過する空気を冷却するエバポレータ３３と、車室１２へ送風する空気の内気循環または外気導入を切り替える切替部としての内外気切替ドア２２と、ヒータコア４１への送風、又はエバポレータ３３への送風を切替えるエアミックスドア２３と、車室１２に向かう空気流を発生させる送風機２４とを有する。

冷凍サイクル回路３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３１と、ヒータ回路４０に接続され、ヒータ回路４０を循環する冷却水に排熱する熱交換器としての水冷コンデンサ３２と、空気通路２０に設けられ、空気通路２０を通過する空気を冷却するエバポレータ３３と、エバポレータ３３への冷媒循環量を調整するエバポレータ側膨張弁３４と、モータ冷却回路５０に接続され、モータ冷却回路５０を循環する冷却水から吸熱するチラー３５と、チラー３５への冷媒循環量を調整するチラー側膨張弁３６とが配管によって接続されている。また、エバポレータ３３には、エバポレータ３３の温度を検出するエバポレータ温度センサ６４が設けられている。

本実施形態では、暖房に利用するために排熱する熱交換器を水冷コンデンサ３２とする構成としたが、これに限定されない。熱交換器をヒータコアとして、ヒータ回路４０を設けることなく冷媒による排熱を直接暖房に利用する構成であってもよい。

ヒータ回路４０は、水冷コンデンサ３２によって加熱された水を熱源として循環させて、ヒータコア４１によって空気通路２０を通過する空気を加熱することによって暖房運転を実現する。ヒータ回路４０は、ヒータ回路４０を循環する水を加熱する水冷コンデンサ３２と、空気通路２０に設けられ、空気通路２０を通過する空気を加熱するヒータコア４１と、ヒータ回路４０の冷却水を循環させるポンプ４２とを有している。

モータ冷却回路５０は、チラー３５によって冷却された冷却水を循環させて、モータ１１を冷却する。モータ冷却回路５０は、モータ冷却回路５０を循環する冷却水を冷却するチラー３５と、モータ冷却回路５０を循環する冷却水を冷却するラジエータ５１と、モータ１１を冷却するモータ冷却器５２と、モータ冷却回路５０の冷却水を循環させるポンプ５３とを有している。また、チラー３５の入口には、モータ冷却回路５０を循環する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ６５が設けられている。

空調ＥＣＵ６０は、空気通路２０、冷凍サイクル回路３０、ヒータ回路４０およびモータ冷却回路５０の各機器をそれぞれ制御する。空調ＥＣＵ６０は、空調装置１０において詳細は後述する内気循環制御を実行する。空調ＥＣＵ６０は、内部に情報処理を行うＣＰＵを有するプロセッサ６１と、プロセッサ６１が実行するソフトウェア、プログラムまたはデータを格納するメモリ６２とを有するコンピュータである。

空調ＥＣＵ６０は、空気通路２０の内外気切替ドア２２、エアミックスドア２３および送風機２４と、冷凍サイクル回路３０の圧縮機３１、エバポレータ側膨張弁３４およびチラー側膨張弁３６と、ヒータ回路４０のポンプ４２と、モータ冷却回路５０のポンプ５３と接続されている。また、空調ＥＣＵ６０は、外気温度を検出する外気温度センサ６３と、エバポレータ３３の温度を検出するエバポレータ温度センサ６４と、モータ冷却回路５０のチラー３５の入口の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ６５と接続されている。

図２に示すように、空調ＥＣＵ６０は、それぞれ詳細は後述する、暖房運転実行部７１と、外気温度判定部７２と、エバポレータ温度判定部７３と、チラー吸熱量判定部７４と、内気循環切替部７５とを有している。暖房運転実行部７１、外気温度判定部７２、エバポレータ温度判定部７３、チラー吸熱量判定部７４および内気循環切替部７５は、プロセッサ６１がメモリ６２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

暖房運転実行部７１は、モータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用する暖房運転を実行する。具体的には、冷凍サイクル回路３０において、圧縮機３１の回転数を制御して冷媒を循環させ、チラー側膨張弁３６の開度を調整してチラー３５において冷媒を蒸発させることによってモータ冷却回路５０の冷却水より吸熱し、水冷コンデンサ３２において冷媒を凝縮させることによってヒータ回路４０の循環水に排熱する。なお、エバポレータ側膨張弁３４は、冷房時に使用されるものの、暖房時の暖房除湿運転をする際にも使用される。

また、暖房運転実行部７１は、ヒータ回路４０において、ポンプ４２を駆動して循環水を循環させて、水冷コンデンサ３２の排熱によってヒータコア４１を加熱し、空気通路２０を通過する空気を加熱する。さらに、モータ冷却回路５０において、ポンプ５３を駆動して冷却水を循環させて、チラー３５の吸熱およびラジエータ５１の吸熱によってモータ冷却器５２を冷却する。

外気温度判定部７２は、外気温度センサ６３から外気温度を検出し、外気温度が所定温度以下であるかを判定する。

エバポレータ温度判定部７３は、エバポレータ温度センサ６４からエバポレータ温度を検出し、エバポレータ３３が所定温度以下であるかを判定する。

チラー吸熱量判定部７４は、チラー３５の吸熱量を算出し、チラー３５の吸熱量が所定吸熱量以上であるかを判定する。本実施形態では、冷却水温度センサ６５によって検出されるモータ冷却回路５０のチラー３５の入口の冷却水の温度に基づいてチラー３５の吸熱量を算出している。チラー吸熱量判定部７４は、圧縮機３１の回転数に基づいてモータ冷却負荷を推定してチラー３５の吸熱量を算出してもよく、モータ１１の出力に基づいてモータ冷却負荷を推定してチラー３５の吸熱量を算出してもよい。

内気循環切替部７５は、暖房運転が実行され、冷たい空気が外気導入されてエバポレータ３３が冷やされることが想定される外気温度が所定温度以下、かつ、エバポレータ３３の温度が所定温度以下であって、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差が発生しエバポレータ３３に冷媒が寝込むことが想定されるチラー３５吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、内外気切替ドア２２によって車室１２へ送風する空気を内気循環させることによってエバポレータ３３が冷やされることを回避し、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差をなくすようにしている。

内気循環切替部７５によれば、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差が発生しエバポレータ３３に冷媒が寝込むことが回避され、冷媒循環量が不足し、暖房能力が低下することを回避することができる。

＜内気循環制御＞
図３を用いて、内気循環制御の流れについて説明する。

ステップＳ１１において、暖房運転実行部７１によってモータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用する暖房運転が実行されているかどうかを確認する。当該暖房運転が実行されている場合には、ステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ１２において、外気温度判定部７２によって外気温度が所定温度以下であるかを判定する。外気温度が所定温度以下の場合には、ステップＳ１３へ移行する。なお、ステップＳ１２において、外気温度判定部７２は、外気温度が所定温度以下と判定する閾値と、外気温度が所定温度以下の状態から通常状態（外気温度が所定温度より大きくなった状態）に復帰する閾値とには、ヒステリシスを設けることが好ましい。

ステップＳ１３において、エバポレータ温度判定部７３によってエバポレータ３３の温度が所定温度以下であるかを判定する。エバポレータ３３の温度が所定温度以下の場合には、ステップＳ１４へ移行する。なお、ステップＳ１３において、エバポレータ温度判定部７３は、エバポレータ３３の温度が所定温度以下と判定する閾値と、エバポレータ３３の温度が所定温度以下の状態から通常状態（エバポレータ３３の温度が所定温度より大きくなった状態）に復帰する閾値とには、ヒステリシスを設けることが好ましい。

ステップＳ１４において、チラー吸熱量判定部７４によってチラー３５の吸熱量が所定吸熱量以上であるかを判定する。チラー３５の吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、ステップＳ１５へ移行する。なお、ステップＳ１４において、チラー吸熱量判定部７４は、チラー３５の吸熱量が所定吸熱量以上と判定する閾値と、チラー３５の吸熱量が所定吸熱量以上の状態から通常状態（チラー３５の吸熱量が所定吸熱量より小さくなった状態）に復帰する閾値とには、ヒステリシスを設けることが好ましい。

ステップＳ１５において、内気循環切替部７５は、モータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用する暖房運転が実行され、冷たい空気が外気導入されてエバポレータ３３が冷やされることが想定される外気温度が所定温度以下、かつ、エバポレータ３３の温度が所定温度以下であって、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差が発生しエバポレータ３３に冷媒が寝込むことが想定されるチラー３５吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、内外気切替ドア２２によって車室１２へ送風する空気を内気循環させる。これにより、エバポレータ３３が冷やされることを回避し、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差をなくし、エバポレータ３３に冷媒が寝込むことを回避している。

＜効果＞
本実施形態の空調装置１０では、モータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用する暖房運転が実行され、極低温下で外気導入した場合には、導入した外気によって空気通路２０に設けられたエバポレータ３３が冷やされ、エバポレータ３３の圧力が低下する。一方、チラー３５は吸熱によって圧力が上昇する。このため、チラー圧力がエバポレータ圧力よりも大きくなり、エバポレータ３３において冷媒寝こみが発生する。エバポレータ３３において冷媒寝こみが発生すると、冷媒循環量が不足し、暖房能力が低下する。

そこで、モータ１１から吸熱して車室１２の暖房に利用する暖房運転が実行され、冷たい空気が外気導入されてエバポレータ３３が冷やされることが想定される外気温度が所定温度以下、かつ、エバポレータ３３の温度が所定温度以下であって、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差が発生しエバポレータ３３に冷媒が寝込むことが想定されるチラー３５吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、内外気切替ドア２２によって車室１２へ送風する空気を内気循環させる。これにより、エバポレータ３３が冷やされることを回避し、エバポレータ３３とチラー３５との圧力差をなくし、エバポレータ３３に冷媒が寝込むことを回避し、暖房能力の低下を回避している。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

１０ 空調装置（車両用空調装置）、１１ モータ（発熱体）、１２ 車室、２０ 空気通路、２２ 内外気切替ドア（切替部）、２３ エアミックスドア、２４ 送風機、３０ 冷凍サイクル回路、３１ 圧縮機、３２ 水冷コンデンサ（熱交換器）、３３ エバポレータ、３４ エバポレータ側膨張弁、３５ チラー、３６ チラー側膨張弁、４０ ヒータ回路、４１ ヒータコア、４２ ポンプ、５０ モータ冷却回路、５１ ラジエータ、５２ モータ冷却器、５３ ポンプ、６０ 空調ＥＣＵ、６１ プロセッサ、６２ メモリ、６３ 外気温度センサ、６４ エバポレータ温度センサ、６５ 冷却水温度センサ、７１ 暖房運転実行部、７２ 外気温度判定部、７３ エバポレータ温度判定部、７４ チラー吸熱量判定部、７５ 内気循環切替部

Claims (1)

1. 発熱体から吸熱して車室の暖房に利用する車両用空調装置であって、
   前記発熱体から吸熱するチラーと、暖房時に前記車室へ送風する空気を加熱するために排熱する熱交換器と、冷房時に前記車室へ送風する空気を冷却するエバポレータと、に冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、
   前記車室へ送風する空気の内気循環または外気導入を切り替える切替部と、
   を備え、
   前記切替部は、暖房時であって、外気温度が所定温度以下、かつ、前記エバポレータの温度が所定温度以下、かつ、前記発熱体からの吸熱量が所定吸熱量以上の場合には、前記車室へ送風する空気を内気循環させる、
   車両用空調装置。
   

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