JP5533207B2 - Heat pump cycle - Google Patents
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Description
本発明は、蒸発器として機能する熱交換器に着いた霜を取り除く除霜運転を行うヒートポンプサイクルに関し、例えば、走行用駆動源から暖房用の熱源を確保しにくい車両用の空調装置に用いて好適である。 The present invention relates to a heat pump cycle that performs a defrosting operation for removing frost attached to a heat exchanger that functions as an evaporator, and for example, used for a vehicle air conditioner that is difficult to secure a heat source for heating from a driving source for traveling. Is preferred.
従来、特許文献1に、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器に着いた霜を融解させて取り除く除霜運転を行う蒸気圧縮式の冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)が開示されている。
Conventionally,
この特許文献1の冷凍サイクルは、車両用空調装置に適用されており、熱交換対象流体である車室内送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転モード(加熱運転モード)での運転と、暖房運転モードでの運転中に蒸発器として機能する室外熱交換器に着いた霜を取り除く除霜運転モードでの運転とを切替可能に構成されている。
The refrigeration cycle of this
さらに、特許文献1の冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出された高温冷媒を流入させる第1利用側熱交換器等を備え、圧縮機として、圧縮途中の冷媒に外部からの中間圧の気相冷媒を合流させる中間圧ポート(ガスインジェクションポート)が設けられた二段昇圧式の圧縮機を採用している。
Furthermore, the refrigeration cycle of
そして、暖房運転モードでの運転時には、圧縮機から吐出された高圧冷媒の有する熱量を第1利用側熱交換器にて車室内送風空気に放熱させることによって、車室内送風空気を加熱している。さらに、第1利用側熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒を低圧冷媒となるまで減圧し、減圧された低圧冷媒を室外熱交換器にて外気から吸熱されて蒸発させている。 During operation in the heating operation mode, the air blown into the vehicle interior is heated by dissipating heat generated by the high-pressure refrigerant discharged from the compressor to the air blown into the vehicle interior using the first use side heat exchanger. . Further, the flow of the refrigerant flowing out from the first use side heat exchanger is branched, and one of the branched refrigerants is depressurized until it becomes a low-pressure refrigerant, and the depressurized low-pressure refrigerant absorbs heat from the outside air in the outdoor heat exchanger. Has been evaporated.
一方、分岐された他方の冷媒については中間圧冷媒となるまで減圧して外部熱源としてのエンジン冷却水と熱交換させて加熱し、加熱された中間圧気相冷媒を中間圧ポートへ流入させている。これにより、特許文献1の冷凍サイクルでは、暖房運転時に、エンジンの廃熱を利用して暖房性能を向上させるようにしている。
On the other hand, the other branched refrigerant is depressurized until it becomes an intermediate pressure refrigerant, heated by exchanging heat with engine cooling water as an external heat source, and the heated intermediate pressure gas-phase refrigerant flows into the intermediate pressure port. . Thereby, in the refrigerating cycle of
また、暖房運転時に室外熱交換器の着霜が検出された際には、除霜運転モードでの運転を行う。この除霜運転モードでは、第1利用側熱交換器にて圧縮機吐出冷媒を放熱させることなく、第1利用側熱交換器を単なる冷媒通路として用いている。 Moreover, when frost formation of the outdoor heat exchanger is detected during the heating operation, the operation in the defrosting operation mode is performed. In this defrosting operation mode, the first usage-side heat exchanger is used as a mere refrigerant passage without dissipating the refrigerant discharged from the compressor in the first usage-side heat exchanger.
そして、第1利用側熱交換器から流出した高温冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒を低圧冷媒となるまで減圧して室外熱交換器へ流入させ、低圧冷媒の有する熱量によって室外熱交換器に着いた霜を融解させている。また、分岐された他方の冷媒についても低圧冷媒となるまで減圧した後に外部熱源で加熱し、加熱された気相冷媒の有する熱量を第2利用側熱交換器にて車室内送風空気に放熱させて車室内送風空気を加熱している。 Then, the flow of the high-temperature refrigerant that has flowed out of the first usage-side heat exchanger is branched, the one of the branched refrigerant is depressurized until it becomes a low-pressure refrigerant, and flows into the outdoor heat exchanger. The frost on the outdoor heat exchanger is melted. The other branched refrigerant is also decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant, and then heated by an external heat source, and the heat amount of the heated gas-phase refrigerant is dissipated to the vehicle interior blown air by the second usage side heat exchanger. The air blown into the passenger compartment is heated.
これにより、特許文献1の冷凍サイクルでは、除霜運転時であっても車室内の暖房を続行できるようにしている。
Thereby, in the refrigerating cycle of
しかしながら、特許文献1の冷凍サイクルでは、除霜運転時にも車室内の暖房を実現するために、第1、第2利用側熱交換器の2つの熱交換器を必須の構成としている。そのため、除霜運転モード時に、第1利用側熱交換器を単なる冷媒通路として用いる複雑な冷媒流路に切り替えなければなない。
However, in the refrigeration cycle of
このようなサイクル構成では、除霜運転時に第1利用側熱交換器における冷媒の圧力損失によって圧縮機の駆動動力の増加してしまうことがあるので、サイクルの成績係数(COP)の悪化を招くおそれがある。 In such a cycle configuration, since the driving power of the compressor may increase due to the pressure loss of the refrigerant in the first usage side heat exchanger during the defrosting operation, the coefficient of performance (COP) of the cycle is deteriorated. There is a fear.
本発明は、上記点に鑑み、簡素な構成で、除霜運転モードにおいても効率的に熱交換対象流体を加熱することが可能なヒートポンプサイクルを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a heat pump cycle that can efficiently heat a heat exchange target fluid even in a defrosting operation mode with a simple configuration.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する第1、第2圧縮機構(11b、11c)と、第2圧縮機構(11c)から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる利用側熱交換器(13)と、利用側熱交換器(13)から流出した冷媒を減圧させる第1減圧手段(15a)と、外部熱源の有する熱量によって第1減圧手段(15a)にて減圧された冷媒を加熱する加熱手段(14)と、加熱手段(14)から流出した冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を第2圧縮機構(11c)吸入側へ流出させる気液分離器(16)と、気液分離器(16)にて分離された液相冷媒を減圧させる第2減圧手段(15b)と、冷媒と外気とを熱交換させて第1圧縮機構(11b)吸入側へ流出させる室外熱交換器(20)と、熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒流路、および、室外熱交換器(20)に着いた霜を融解させる除霜運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段(12…18a)を備え、
冷媒流路切替手段(12…18a)は、加熱運転モード時に、第1圧縮機構(11b)から吐出された冷媒を第2圧縮機構(11c)へ吸入させるとともに、第2減圧手段(15b)にて減圧された冷媒を室外熱交換器(20)へ流入させる冷媒流路に切り替え、除霜運転モード時に、第1圧縮機構(11b)から吐出された冷媒を前記室外熱交換器(20)へ流入させる冷媒流路に切り替えるヒートポンプサイクルを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, the first and second compression mechanisms (11b, 11c) that compress and discharge the refrigerant, and the refrigerant discharged from the second compression mechanism (11c) The use side heat exchanger (13) for exchanging heat with the heat exchange target fluid, the first pressure reducing means (15a) for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the use side heat exchanger (13), and the amount of heat of the
The refrigerant flow switching means (12... 18a) sucks the refrigerant discharged from the first compression mechanism (11b) into the second compression mechanism (11c) and makes the second decompression means (15b) in the heating operation mode. The refrigerant flow reduced in pressure is switched to a refrigerant flow path for flowing into the outdoor heat exchanger (20), and the refrigerant discharged from the first compression mechanism (11b) is transferred to the outdoor heat exchanger (20) in the defrosting operation mode. It is characterized by a heat pump cycle that switches to an inflowing refrigerant flow path.
これによれば、加熱運転モード時には、第1圧縮機構(11b)→第2圧縮機構(11c)→利用側熱交換器(13)→第1減圧手段(15a)→気液分離器(16)→第2減圧手段(15b)→室外熱交換器(20)→第1圧縮機構(11b)の順に冷媒が循環するサイクル、および第2圧縮機構(11c)→利用側熱交換器(13)→第1減圧手段(15a)→加熱手段(14)→気液分離器(16)→第2圧縮機構(11c)の順に冷媒が循環するサイクルを構成できる。 According to this, in the heating operation mode, the first compression mechanism (11b) → the second compression mechanism (11c) → the use side heat exchanger (13) → the first pressure reducing means (15a) → the gas-liquid separator (16). → the second decompression means (15b) → the outdoor heat exchanger (20) → the cycle in which the refrigerant circulates in the order of the first compression mechanism (11b) and the second compression mechanism (11c) → the use side heat exchanger (13) → A cycle in which the refrigerant circulates in the order of the first pressure reducing means (15a) → the heating means (14) → the gas-liquid separator (16) → the second compression mechanism (11c) can be configured.
従って、室外熱交換器(20)にて冷媒が外気から吸熱した熱量を、利用側熱交換器(13)にて熱交換対象流体に放熱させて加熱することができる。この際、加熱手段(14)にて加熱された冷媒を第2圧縮機構(11c)に吸入させているので、加熱手段(14)から供給される熱量を利用して、熱交換対象流体を効率的に加熱することができる。 Therefore, the heat quantity absorbed by the refrigerant from the outside air in the outdoor heat exchanger (20) can be radiated to the heat exchange target fluid and heated in the use side heat exchanger (13). At this time, since the refrigerant heated by the heating means (14) is sucked into the second compression mechanism (11c), the amount of heat supplied from the heating means (14) is used to make the heat exchange target fluid efficient. Can be heated.
また、除霜運転モード時には、第2圧縮機構(11c)→利用側熱交換器(13)→第1減圧手段(15a)→加熱手段(14)→気液分離器(16)→第2圧縮機構(11c)の順に冷媒が循環するサイクル、および第1圧縮機構(11b)→室外熱交換器(20)→第1圧縮機構(11b)の順に冷媒が循環するサイクルを構成できる。 In the defrosting operation mode, the second compression mechanism (11c) → the use side heat exchanger (13) → the first pressure reducing means (15a) → the heating means (14) → the gas-liquid separator (16) → the second compression. A cycle in which the refrigerant circulates in the order of the mechanism (11c) and a cycle in which the refrigerant circulates in the order of the first compression mechanism (11b) → the outdoor heat exchanger (20) → the first compression mechanism (11b) can be configured.
従って、第1圧縮機構(11b)吐出冷媒の有する熱量によって、加熱運転モード時に冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器(20)に着いた霜を融解させて取り除くことができる。この際、第2圧縮機構(11c)吐出冷媒を利用側熱交換器(13)へ流入させるので、加熱手段(14)から供給された熱量によって、熱交換対象流体を加熱することができる。 Therefore, frost attached to the outdoor heat exchanger (20) functioning as an evaporator for evaporating the refrigerant in the heating operation mode can be melted and removed by the heat amount of the refrigerant discharged from the first compression mechanism (11b). At this time, since the refrigerant discharged from the second compression mechanism (11c) flows into the use side heat exchanger (13), the heat exchange target fluid can be heated by the amount of heat supplied from the heating means (14).
つまり、本請求項に記載のヒートポンプサイクルによれば、除霜運転モードにおいても、第2圧縮機構(11c)吐出冷媒を直接、利用側熱交換器(13)へ流入させるので、従来技術のように不必要に冷媒の圧力損失を増加させることがない。その結果、複数の利用側熱交換器(13)を設ける必要のない簡素な構成で、除霜運転モードにおいても効率的に熱交換対象流体を加熱することが可能なヒートポンプサイクルを提供することができる。 That is, according to the heat pump cycle described in the present claim, the refrigerant discharged from the second compression mechanism (11c) is directly flowed into the use side heat exchanger (13) even in the defrosting operation mode. Therefore, the pressure loss of the refrigerant is not increased unnecessarily. As a result, it is possible to provide a heat pump cycle capable of efficiently heating the heat exchange target fluid even in the defrosting operation mode with a simple configuration that does not need to provide a plurality of use side heat exchangers (13). it can.
請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載のヒートポンプサイクルにおいて、冷媒流路切替手段は、第1圧縮機構(11b)吐出側と第2圧縮機構(11c)吸入側とを接続する冷媒流路および第1圧縮機構(11b)吐出側と室外熱交換器(20)入口側とを接続する冷媒流路を切り替える三方弁(12)を含んで構成されていてもよい。これにより、冷媒流路切替手段を容易に構成できる。
As in the invention according to claim 2 , in the heat pump cycle according to
請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載のヒートポンプサイクルにおいて、車両用空調装置に適用されるヒートポンプサイクルであって、熱交換対象流体は、車室内に送風される車室内送風空気であり、外部熱源は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関(41)を冷却する冷却水であってもよい。
In the heat pump cycle according to
さらに、請求項4に記載の発明のように、請求項3に記載のヒートポンプサイクルにおいて、加熱手段(14)へ流入させる冷却水の流量を調整する流量調整手段(42a)を備えていてもよい。これにより、内燃機関(41)の冷却水温度に応じて加熱手段(14)の加熱能力を調整することができる。 Further, as in the invention described in claim 4 , in the heat pump cycle described in claim 3 , the heat pump cycle may further include a flow rate adjusting means (42a) for adjusting the flow rate of the cooling water flowing into the heating means (14). . Thereby, the heating capability of a heating means (14) can be adjusted according to the cooling water temperature of an internal combustion engine (41).
さらに、請求項5に記載の発明のように、請求項1ないし4のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、利用側熱交換器(13)における第2圧縮機構(11c)吐出冷媒と熱交換対象流体との熱交換量を調整する熱交換量調整手段(34)を備えていてもよい。
Further, as in the invention according to claim 5 , in the heat pump cycle according to any one of
これによれば、第2圧縮機構(11c)吐出冷媒の有する熱量を加熱手段(14)へ供給することができるので、例えば、請求項3または4のように外部熱源として、内燃機関(41)を冷却する冷却水を採用する場合に、加熱手段(14)において冷却水を加熱して内燃機関(41)の暖機促進を図ることもできる。 According to this, since the heat quantity of the refrigerant discharged from the second compression mechanism (11c) can be supplied to the heating means (14), for example, as an external heat source as in claim 3 or 4 , the internal combustion engine (41) When cooling water is used to cool the engine, the heating means (14) can heat the cooling water to promote warm-up of the internal combustion engine (41).
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1〜13により、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル10を、内燃機関(エンジン)41および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る、いわゆるハイブリッド車両の車両用空調装置1に適用している。このヒートポンプサイクル10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を加熱あるいは冷却する機能等を果たす。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the
従って、本実施形態のヒートポンプサイクル10は、熱交換対象流体である車室内送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転モード(加熱運転モード)の冷媒流路、車室内送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房運転モード(冷却運転モード)の冷媒流路を切替可能に構成されている。
Therefore, the
さらに、ヒートポンプサイクル10では、暖房運転モードの運転時に冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器20に着いた霜を融解させて取り除く除霜運転モードの冷媒流路等、各種の運転モードの冷媒流路に切り替えることができる。なお、図1〜5のヒートポンプサイクル10の全体構成図では、各運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。
Furthermore, in the
また、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。この冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、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。
Moreover, in the
まず、圧縮機11は、エンジンルーム内に配置されて、ヒートポンプサイクル10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。より具体的には、本実施形態では、圧縮機11として、同一のハウジング11a内に、2つの固定容量型の第1、第2圧縮機構11b、11cを収容し、双方の圧縮機構11b、11cを共通する電動モータにて駆動する二段昇圧式の電動圧縮機を採用している。
First, the
第1、第2圧縮機構11b、11cとしては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。また、電動モータは、後述する空調制御装置50から出力される制御信号によって回転数が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれを採用してもよい。そして、この回転数制御によって圧縮機11の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータは圧縮機11の吐出能力変更手段を構成している。
As the first and
さらに、本実施形態の圧縮機11のハウジング11aの内部には、暖房運転モードの冷媒流路および除霜運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段を構成する電気式の三方弁12が配置されている。
Furthermore, in the
この三方弁12は、具体的に、第1圧縮機構11b吐出口と第2圧縮機構11c吸入口とをハウジング11aの内部で接続する冷媒流路および第1圧縮機構11b吐出口とハウジング11a外部へ流出させる吐出口(具体的には、バイパスポート11g)とを接続する冷媒流路を切り替える。さらに、三方弁12は、空調制御装置50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。
Specifically, the three-
また、圧縮機11のハウジング11aには、低圧冷媒を吸入する吸入ポート11d、中間圧冷媒を流入させる中間圧ポート11e、高圧冷媒を吐出する吐出ポート11f、三方弁12からハウジング11a外部へ冷媒を流出させるバイパスポート11gが設けられている。そして、これらの各ポート11d〜11gが、ハウジング11a内部で第1、第2圧縮機構11b、11cおよび三方弁12に接続されている。
Further, the
より具体的には、吸入ポート11dは、第1圧縮機構11bの吸入口へ接続され、中間圧ポート11eは、三方弁12の一方の冷媒流出口および第2圧縮機構11cの吸入口に連通するように接続され、吐出ポート11fは、第2圧縮機構11cの吐出口へ接続され、さらに、バイパスポート11gは、三方弁12の他方の冷媒流出口へ接続されている。
More specifically, the
従って、第1圧縮機構11bは、吸入ポート11dから吸入された低圧冷媒を吸入して圧縮し、三方弁12の冷媒入口側へ吐出する。
Therefore, the
一方、第2圧縮機構11cは、三方弁12が第1圧縮機構11b吐出口と第2圧縮機構11c吸入口とを接続した際には、第1圧縮機構11b吐出冷媒と中間圧ポート11eから吸入された冷媒とを混合した中間圧冷媒を吸入して圧縮し、吐出ポート11fから吐出する。また、三方弁12が第1圧縮機構11b吐出口とバイパスポート11gとを接続した際には、中間圧ポート11eから吸入された冷媒を吸入して圧縮し、吐出ポート11fから吐出する。
On the other hand, when the three-
圧縮機11全体としての吐出口(具体的には、吐出ポート11f)には、利用側熱交換器としての室内凝縮器13の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器13は、車両用空調装置1の室内空調ユニット30のケーシング31内に配置されて、その内部を流通する高温高圧冷媒と後述する室内蒸発器21通過後の車室内送風空気とを熱交換させる加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット30の詳細については後述する。
The refrigerant inlet side of the
室内凝縮器13の冷媒出口側には、室内凝縮器13から流出した冷媒を減圧させる第1減圧手段としての第1電気式膨張弁15aが接続されている。この第1電気式膨張弁15aは、室内凝縮器13から流出した冷媒を減圧膨張させる可変絞り機構である。
A first
より具体的には、第1電気式膨張弁15a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ステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成されている。なお、第1電気式膨張弁15aは、空調制御装置50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。また、第1電気式膨張弁15aは、弁体の絞り開度を全開にすると冷媒減圧作用を発揮することなく単なる冷媒通路として機能する。
More specifically, the first
第1電気式膨張弁15aの冷媒出口側には、水−冷媒熱交換器14の冷媒側流路14aの入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器14は、少なくとも後述する通常の暖房運転モード等に、冷媒側流路14aを流れる冷媒と冷却水側流路14bを流れるエンジン41の冷却水とを熱交換させて、冷却水の有する熱量によって冷媒を加熱する加熱手段として機能する。
The inlet side of the refrigerant
従って、本実施形態の加熱手段の外部熱源は、エンジン41の冷却水となる。なお、冷却水側流路14bを流れる冷却水を循環させる冷却水回路40の詳細については後述する。
Therefore, the external heat source of the heating means of this embodiment is the cooling water for the
なお、水−冷媒熱交換器14の具体的構成としては、冷却水側流路14bを形成する外側管の内側に冷媒側流路14aを形成する内側管を配置する二重管方式の熱交換器構成を採用できる。もちろん、冷媒側流路14aを内側管として、冷却水側流路14bを外側管としてもよい。さらに、冷媒側流路14aと冷却水側流路14bとを構成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成を採用してもよい。
The specific configuration of the water-
その他にも、水−冷媒熱交換器14の具体的構成としては、冷媒側流路14aとして冷媒を流通させる蛇行状のチューブあるいは複数本のチューブを採用し、隣合うチューブ間に冷却水側流路14bを形成し、さらに、冷媒と冷却水との熱交換を促進する波状のコルゲートフィンあるいは板状のプレートフィンを設ける熱交換器構成等を採用できる。
In addition, as a specific configuration of the water-
水−冷媒熱交換器14の冷媒側流路14aの出口側には、気液分離器16の入口側が接続されている。この気液分離器16は、水−冷媒熱交換器14から流出した冷媒の気液を分離するものである。さらに、気液分離器16の気相冷媒出口は、圧縮機11の中間圧ポート11eに接続され、液相冷媒出口は第1三方継手17aの一方の冷媒流入口に接続されている。
The inlet side of the gas-
第1三方継手17aは、互いに連通する3つの流入出口を有し、この3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、各種配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。 The first three-way joint 17a has three inlets and outlets communicating with each other, two of the three inlets and outlets being refrigerant inlets and one being a refrigerant outlet. Such a three-way joint may be constituted by joining various pipes, or may be constituted by providing a plurality of refrigerant passages in a metal block or a resin block.
気液分離器16の気相冷媒出口から圧縮機11の中間圧ポート11eに至る冷媒配管には、この冷媒配管を開閉する第1開閉弁18aが配置されている。この第1開閉弁18aは、空調制御装置50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電磁弁である。
A first on-off
さらに、第1開閉弁18aは、気液分離器16の気相冷媒出口から圧縮機11の中間圧ポート11eに至る冷媒配管を開閉することによって、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替える機能を果たす。従って、第1開閉弁18aは、上述した三方弁12とともに、本実施形態の冷媒流路切替手段を構成している。
Further, the first on-off
気液分離器16の液相冷媒出口から圧縮機11の第1三方継手17aの冷媒流入口に至る冷媒配管には、気液分離器16にて分離された液相冷媒を減圧させる第2減圧手段としての第2電気式膨張弁15bが配置されている。この第2電気式膨張弁15bの基本的構成は、第1電気式膨張弁15aと同様である。
A second decompression that decompresses the liquid-phase refrigerant separated by the gas-
さらに、第2電気式膨張弁15bは、その絞り開度を全閉として、気液分離器16の液相冷媒出口から圧縮機11の第1三方継手17aの冷媒流入口側へ至る冷媒配管における冷媒の流れを遮断することができる。これにより、第2電気式膨張弁15bは、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替える機能を果たす。従って、本実施形態の第2電気式膨張弁15bは、冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備えている。
Further, the second
第1三方継手17aの他方の冷媒流入口は、バイパス通路19を介して圧縮機11のバイパスポート11gに接続されている。さらに、バイパス通路19には、バイパスポート11g側から第1三方継手17a側へ向かって冷媒が流れることのみを許容する逆止弁19aが配置されている。
The other refrigerant inlet of the first three-way joint 17 a is connected to the
なお、このバイパス通路19および逆止弁19aは、バイパス通路19を流通する冷媒に予め定めた所定の圧力損失を生じさせるように構成されている。具体的には、バイパス通路19の冷媒通路面積、長さ、曲がり形状、および逆止弁19aの開弁時の冷媒通路面積等の少なくとも1つが、冷媒に所定の圧力損失を生じさせるように設定されている。
The
第1三方継手17aの冷媒流出口には、内部を流通する冷媒と送風ファン20aから送風された外気とを熱交換させる室外熱交換器20が接続されている。この室外熱交換器20は、エンジンルーム内に配置されて、暖房運転モードの運転時等には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転モードの運転時等には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。
An
また、送風ファン20aは、空調制御装置50から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数(送風空気量)が制御される電動式送風機である。
The
室外熱交換器20の出口側には、第2三方継手17bの冷媒流入口が接続されている。この第2三方継手17bの基本的構成は、第1三方継手17aと同様である。なお、第2三方継手17bでは、第1三方継手17aに対して、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、2つを冷媒流出口としている。
A refrigerant inflow port of the second three-way joint 17b is connected to the outlet side of the
第2三方継手17bの一方の冷媒流出口には、第3電気式膨張弁15cを介して室内蒸発器21の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器21は、室内空調ユニット30のケーシング31内のうち、室内凝縮器13よりも空気流れの上流側に配置されて、その内部を流通する冷媒と車室内送風空気とを熱交換させ、車室内送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
A refrigerant inlet side of the
また、第3電気式膨張弁15cは、第2三方継手17bの一方の冷媒流出口から流出した冷媒を減圧させる減圧手段であり、その基本的構成は、第1、第2電気式膨張弁15a、15bと同様である。さらに、第3電気式膨張弁15cは、その絞り開度を全閉として、第2三方継手17bの一方の冷媒流出口から室内蒸発器21の冷媒入口側へ至る冷媒配管における冷媒の流れを遮断することができる。
The third
これにより、第3電気式膨張弁15cは、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替える機能を果たす。従って、本実施形態の第3電気式膨張弁15cは、冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備えている。
Thereby, the 3rd
第2三方継手17bの他方の冷媒流出口には、第2開閉弁18bを介して第3三方継手17cの一方の冷媒流入口が接続されている。この第3三方継手17cの基本的構成は、第1、第2三方継手17a、17bと同様である。なお、第3三方継手17cでは、第1三方継手17aと同様に、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口としている。
One refrigerant inlet of the third three-way joint 17c is connected to the other refrigerant outlet of the second three-way joint 17b via a second on-off
さらに、第2開閉弁18bの基本的構成は、第1開閉弁18aと同様である。第2開閉弁18bは、第2三方継手17bの他方の冷媒流出口から第3三方継手17cの一方の冷媒流入口へ至る冷媒配管を開閉することによって、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替える機能を果たす。
Further, the basic configuration of the second on-off
従って、第2開閉弁18bは、上述した三方弁12、第1開閉弁18a、第2電気式膨張弁15bおよび第3電気式膨張弁15cとともに、本実施形態の冷媒流路切替手段を構成している。
Accordingly, the second on-off
第3三方継手17cの他方の冷媒流入口には、室内蒸発器21の冷媒出口側が接続され、第3三方継手17cの冷媒流出口には、アキュムレータ22の冷媒入口側が接続されている。このアキュムレータ22は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄える低圧側気液分離器である。アキュムレータ22の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入ポート11d、すなわち第1圧縮機構11bの吸入側が接続されている。
The refrigerant outlet side of the
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、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、その外殻を形成するケーシング31内に送風機32、前述の室内凝縮器13、室内蒸発器21等を収容したものである。
Next, the indoor
ケーシング31は、車室内に送風される車室内送風空気の空気通路を形成しており、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。ケーシング31内の車室内送風空気流れ最上流側には、車室内空気(内気)と外気とを切替導入する内外気切替装置33が配置されている。
The
内外気切替装置33には、ケーシング31内に内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口が形成されている。さらに、内外気切替装置33の内部には、内気導入口および外気導入口の開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドアが配置されている。
The inside / outside
内外気切替装置33の空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入された空気を車室内へ向けて送風する送風機32が配置されている。この送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置50から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。
On the downstream side of the air flow of the inside / outside
送風機32の空気流れ下流側には、室内蒸発器21および室内凝縮器13が、車室内送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器21は、室内凝縮器13に対して、車室内送風空気の流れ方向上流側に配置されている。
On the downstream side of the air flow of the
さらに、室内蒸発器21の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器13の空気流れ上流側には、室内蒸発器21通過後の送風空気のうち、室内凝縮器13を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア34が配置されている。また、室内凝縮器13の空気流れ下流側には、室内凝縮器13にて冷媒と熱交換して加熱された送風空気と室内凝縮器13を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間35が設けられている。
Further, on the downstream side of the air flow of the
ケーシング31の空気流れ最下流部には、混合空間35にて混合された空調風を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す吹出口が配置されている。具体的には、この吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)が設けられている。
An air outlet that blows the conditioned air mixed in the mixing
従って、エアミックスドア34が室内凝縮器13を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間35にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア34は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。
Therefore, the temperature of the conditioned air mixed in the mixing
換言すると、エアミックスドア34は、利用側熱交換器を構成する室内凝縮器13において、圧縮機11(具体的には第2圧縮機構11c)吐出冷媒と車室内送風空気との熱交換量を調整する熱交換量調整手段としての機能を果たす。なお、エアミックスドア34は、空調制御装置50から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
In other words, the
さらに、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。 Further, on the upstream side of the air flow of the face outlet, the foot outlet, and the defroster outlet, a face door for adjusting the opening area of the face outlet, a foot door for adjusting the opening area of the foot outlet, and the defroster outlet, respectively. A defroster door (none of which is shown) for adjusting the opening area is arranged.
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手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、空調制御装置50から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
These face doors, foot doors, and defroster doors constitute the outlet mode switching means for switching the outlet mode, and the operation is controlled by a control signal output from the
次に、水−冷媒熱交換器14の冷却水側流路14bを流れる冷却水を循環させる冷却水回路40について説明する。この冷却水回路40は、エンジン41を冷却する冷却水(例えば、エチレングリコール水溶液)を循環させる回路で、冷却水回路40には第1、第2冷却水ポンプ42a、42bおよびラジエータ43等が配置されている。
Next, the cooling
第1冷却水ポンプ42aは、水−冷媒熱交換器14の冷却水側流路14bへ冷却水を圧送する電動式のポンプであり、空調制御装置50から出力される制御信号によって回転数(流量)が制御される。従って、第1冷却水ポンプ42aは、加熱手段としての水−冷媒熱交換器14へ流入させる冷却水の流量を調整する流量調整手段としての機能を果たす。
The first
つまり、冷却水の温度が充分に上昇している際には、第1冷却水ポンプ42aの流量を増加させることで、水−冷媒熱交換器14における冷媒加熱能力を上昇させることができ、第1冷却水ポンプ42aの流量を減少させることで、水−冷媒熱交換器14における冷媒加熱能力を低下させることができる。さらに、第1冷却水ポンプ42aの作動を停止させれば、水−冷媒熱交換器14に冷媒加熱能力を発揮させないようにすることもできる。
That is, when the temperature of the cooling water is sufficiently increased, the refrigerant heating capacity in the water-
第2冷却水ポンプ42bは、ラジエータ43へ冷却水を圧送するもので、電動式のポンプあるいはエンジン41の駆動軸から回転駆動力を得る機械式のポンプ等を採用することができる。ラジエータ43は、冷却水と室外空気とを熱交換させて冷却水を冷却する放熱用の熱交換器である。つまり、ラジエータ43は、冷却水がエンジン41の内部を貫流する際に吸熱したエンジン41の廃熱を大気に放熱するものである。
The second
従って、本実施形態の冷却水回路40では、第1、第2冷却水ポンプ42a、42bを作動させることにより、図1等の破線矢印に示すように、第1冷却水ポンプ42a→水−冷媒熱交換器14の冷却水側流路14b→エンジン41→第1冷却水ポンプ42aの順に冷却水を循環させることができる。さらに、この冷却水の循環流れに対して並列的に、第2冷却水ポンプ42b→ラジエータ43→エンジン41→第2冷却水ポンプ42bの順に冷却水を循環させることができる。
Therefore, in the
また、冷却水回路40には、ラジエータ43を迂回させて冷却水を循環させるバイパス回路および冷却水の温度が所定値(本実施形態では、90℃)以下になるとバイパス回路側へ冷却水を流すサーモスタット弁(いずれも図示せず)が配置されている。これにより、エンジン41自体の温度が低下して、エンジンオイルの粘度増加によるフリクションロスの発生や、排気ガスの温度低下による排気ガス浄化用触媒の作動不良を抑制している。
Further, in the
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置50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、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、出力側に接続された各種空調制御機器11、12、15a〜15c、18a、18b、32等の作動を制御する。
Next, the electric control unit of this embodiment will be described. The air
また、空調制御装置50の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温を検出する外気センサ51、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器21の吹出空気温度(蒸発器温度)を検出する蒸発器温度センサ、室外熱交換器20出口側の冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサ52、エンジン41から流出した冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ、圧縮機11吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。
Further, on the input side of the air-
さらに、空調制御装置50の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、車両用空調装置の作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、運転モードの選択スイッチ等が設けられている。
Further, an operation panel (not shown) disposed near the instrument panel in the front of the passenger compartment is connected to the input side of the air
なお、空調制御装置50は、圧縮機11の電動モータ、三方弁12等を制御する制御手段が一体に構成され、これらの作動を制御するものであるが、本実施形態では、空調制御装置50のうち、冷媒流路切替手段を構成する各種機器12、15b、15c、18a、18b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)が冷媒流路制御手段を構成している。
The air
また、図1〜5では、図示の明確化のため、空調制御装置50と外気センサ51との接続関係および空調制御装置50と出口冷媒温度センサ52との接続関係のみを図示し、その他のセンサ、および出力側に接続される各種空調制御機器との接続関係等については、図示を省略している。
1 to 5 illustrate only the connection relationship between the air-
次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動を、図1〜5に加え、図6〜13を用いて説明する。なお、図6は、本実施形態の冷媒流路切替手段の作動状態を示す図表であり、図7は、暖房運転モード時に空調制御装置50が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、図8〜13は、各運転モードにおけるヒートポンプサイクル10の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
Next, the operation of the
本実施形態の車両用空調装置1では、前述した暖房運転モード、除霜運転モード、冷房運転モードの他に、暖機促進運転モード、除湿運転モード等に切り替えることができる。以下に各運転モードにおける作動を説明する。
In the
(a)暖房運転モードおよび除霜運転モード
本実施形態の暖房運転モードでは、通常は外気およびエンジン41の廃熱の双方を熱源として車室内の暖房を行うことができる。
(A) Heating operation mode and defrosting operation mode In the heating operation mode of the present embodiment, the vehicle interior can usually be heated using both outside air and waste heat of the
ところが、エンジン41の暖機中のように冷却水の温度が低い場合は、エンジン41の廃熱を熱源として車室内の暖房を行うとエンジン41の暖機が妨げられてしまう。そこで、エンジン41の暖機中には、外気のみを熱源として車室内を暖房する空気吸熱式暖房運転モード(以下、暖機時暖房運転モードという)での運転に切り替える。
However, when the temperature of the cooling water is low, such as when the
また、暖房運転モードでの運転中に、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器20に着霜が生じてしまうと外気を熱源として車室内の暖房を行うことができない。そこで、室外熱交換器20に着霜が生じた際には、除霜運転モードでの運転に切り替える。
In addition, if frost formation occurs in the
具体的には、暖房運転モードでの運転は、操作パネルの車両用空調装置1の作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。暖房運転モードでの運転が開始されると、空調制御装置50が、図7のフローチャートに示す制御ルーチンを実行する。なお、この制御ルーチンは、空調制御装置50が実行するメインルーチンのサブルーチンとして実行されるものである。
Specifically, the operation in the heating operation mode is started when the heating operation mode is selected by the selection switch in a state where the operation switch of the
まず、ステップS1では、エンジン41が暖機中であるか否かを判定する。具体的には、このステップS1では、冷却水温度センサによって検出された冷却水の温度が予め定めた基準冷却水温度以下であればエンジン41が暖機中であると判定する。
First, in step S1, it is determined whether or not the
ステップS1にて、エンジン41が暖機中であると判定されると、ステップS2へ進み、暖機時暖房運転モードが選択されて、ステップS6へ進む。また、ステップS1にて、エンジン41が暖機中ではないと判定されると、ステップS3へ進み、通常の暖房運転モードが選択される。
If it is determined in step S1 that the
さらに、続くステップS4では、除霜運転を行う必要があるか否かが判定される。具体的には、ステップS4では、室外熱交換器20出口側冷媒温度が0℃以下であって、かつ、外気温から室外熱交換器20出口側冷媒温度を減算した温度差が予め定めた基準温度差以上となっていれば除霜運転を行う必要があると判定する。
Furthermore, in the following step S4, it is determined whether or not it is necessary to perform a defrosting operation. Specifically, in step S4, the
ステップS4にて、除霜運転を行う必要があると判定されると、ステップS5へ進み、除霜運転モードが選択される。そしてステップS6へ進む。また、ステップS4にて、除霜運転を行う必要がないと判定されると、ステップS6へ進む。 If it determines with it being necessary to perform a defrost operation in step S4, it will progress to step S5 and a defrost operation mode will be selected. Then, the process proceeds to step S6. If it is determined in step S4 that it is not necessary to perform the defrosting operation, the process proceeds to step S6.
ステップS6では、操作パネルから暖房運転モードの停止信号が出力されているか否かを判定する。そして、ステップS6にて、暖房運転モードの停止信号が出力されていると判定されると暖房運転モードの制御が終了する。また、ステップS6にて、暖房運転モードの停止信号が出力されていないと判定された場合は、予め定めた制御周期の時間経過を待って、ステップS1へ戻る。 In step S6, it is determined whether or not a stop signal for the heating operation mode is output from the operation panel. And in step S6, if it determines with the stop signal of heating operation mode being output, control of heating operation mode will be complete | finished. If it is determined in step S6 that the heating operation mode stop signal has not been output, the process returns to step S1 after a predetermined control period has elapsed.
次に、通常の暖房運転モード、すなわち外気およびエンジン41の廃熱の双方を熱源として車室内の暖房を行う暖房運転モードについて説明する。
Next, a normal heating operation mode, that is, a heating operation mode in which the vehicle interior is heated using both outside air and waste heat of the
この通常の暖房運転モードでは、空調制御装置50が、第1電気式膨張弁15aおよび冷媒流路切替手段を構成する三方弁12、第2、第3電気式膨張弁15b、15c、第1、第2開閉弁18a、18bの作動状態を図6に示すように切り替え、さらに、第1冷却水ポンプ42aを予め定めた所定流量の冷却水を圧送するように作動させる。
In this normal heating operation mode, the air-
具体的には、三方弁12を第1圧縮機構11b吐出側と第2圧縮機構11c吸入側とを接続する冷媒流路に切り替え、第1、2電気式膨張弁15a、15bを冷媒を減圧する絞り状態とし、第3電気式膨張弁15cを全閉とし、第1、第2開閉弁18a、18bを開く。これにより、ヒートポンプサイクル10は、図1の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
Specifically, the three-
この冷媒流路構成で、空調制御装置50が上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、検出信号および操作信号の値に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。さらに、算出された目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置50の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。
With this refrigerant flow path configuration, the air
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器21の目標蒸発器吹出温度TEOを決定する。
For example, the refrigerant discharge capacity of the
そして、この目標蒸発器吹出温度TEOと蒸発器温度センサによって検出された室内蒸発器21からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器21からの吹出空気温度が目標蒸発器吹出温度TEOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
And based on the deviation of this target evaporator blowing temperature TEO and the blowing air temperature from the
また、エアミックスドア34のサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度TAO、室内蒸発器21からの吹出空気温度および吐出冷媒温度センサによって検出された圧縮機11吐出冷媒温度等を用いて、車室内へ吹き出される空気の温度が車室内温度設定スイッチによって設定された乗員の所望の温度となるように決定される。
For the control signal output to the servo motor of the
なお、通常の暖房運転モード、暖機時暖房運転モード、および除霜運転モードでは、送風機32から送風された車室内送風空気の全風量が、室内凝縮器13を通過するようにエアミックスドア34の開度を制御してもよい。
Note that, in the normal heating operation mode, the warming-up heating operation mode, and the defrosting operation mode, the
そして、上記の如く決定された制御信号等を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、他の各運転モードにおいても基本的に同様に行われる。 Then, the control signal determined as described above is output to various air conditioning control devices. After that, until the operation of the vehicle air conditioner is requested by the operation panel, the above detection signal and operation signal are read at every predetermined control cycle → the target blowout temperature TAO is calculated → the operating states of various air conditioning control devices are determined -> Control routines such as control voltage and control signal output are repeated. Such a control routine is repeated in the same manner in the other operation modes.
通常の暖房運転モードのヒートポンプサイクル10では、図8のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図8のa8点)が室内凝縮器13へ流入する。室内凝縮器13へ流入した冷媒は、送風機32から送風されて室内蒸発器21を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する(図8のa8点→b8点)。これにより、車室内送風空気が加熱される。
In the
室内凝縮器13から流出した高圧冷媒は、第1電気式膨張弁15aへ流入して、中間圧冷媒となるまで減圧膨張される(図8のb8点→c8点)。第1電気式膨張弁15aにて減圧膨張された中間圧冷媒は、水−冷媒熱交換器14の冷媒側流路14aへ流入し、冷却水側流路14bを流れる冷却水と熱交換して加熱される(図8のc8点→d8点)。
The high-pressure refrigerant flowing from the
水−冷媒熱交換器14から流出した冷媒は、気液分離器16にて気液分離される(図8のd8点→e8点およびd8点→f8点)。そして、気液分離器16にて分離された気相冷媒は、第1開閉弁18aが開いているので、圧縮機11の中間圧ポート11eから圧縮機11の内部へ流入し、圧縮機11の内部で第1圧縮機構11b吐出冷媒(図8のa18点)と合流して(図8のa28点)、第2圧縮機構11cへ吸入されていく。
The refrigerant flowing out of the water-
一方、気液分離器16にて分離された液相冷媒は第2電気式膨張弁15bへ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張される(図8のf8点→g8点)。この際、第1、2電気式膨張弁15a、15bの絞り開度は、サイクルの成績係数(COP)を極大値に近づけるために、中間圧冷媒の圧力が高圧冷媒と低圧冷媒の圧力の積の平方根程度になるように調整されていることが望ましい。
On the other hand, the liquid phase refrigerant separated by the gas-
そして、第2電気式膨張弁15bにて減圧膨張された低圧冷媒(図8のg8点)は、第1三方継手17aを介して、室外熱交換器20へ流入する。室外熱交換器20へ流入した低圧冷媒は、外気から吸熱して蒸発する(図8のg8点→h8点)。
The vacuum expanded low-pressure refrigerant at the second
室外熱交換器20から流出した冷媒は、第3電気式膨張弁15cが全閉となっており、さらに、第2開閉弁18bが開いているので、第2、第3三方継手17b、17cを介して、アキュムレータ22へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ22にて分離された気相冷媒(図8のa08点)が、圧縮機11の吸入ポート11dから吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant that has flowed out of the
以上の如く、通常の暖房運転モードでは、室内凝縮器13にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量によって車室内送風空気が加熱されて、車室内の暖房を行うことができる。
As described above, in the normal heating operation mode, the air blown into the vehicle interior is heated by the amount of heat of the refrigerant discharged from the
この際、水−冷媒熱交換器14にて加熱された冷媒の気液を分離して、分離された液相冷媒については、室外熱交換器20にて蒸発させることで外気から吸熱させ、分離された気相冷媒については、中間圧ポート11eから圧縮機11(具体的には、第2圧縮機構11c)へ吸入させている。
At this time, the gas-liquid of the refrigerant heated by the water-
従って、通常の暖房運転モードでは、室外熱交換器20にて冷媒が外気から吸熱した熱量のみならず、冷却水の有する熱量、すなわちエンジン41の廃熱を利用して、車室内送風空気を効率的に加熱することができる。
Therefore, in the normal heating operation mode, not only the amount of heat absorbed by the refrigerant from the outside air in the
次に、除霜運転モードについて説明する。 Next, the defrosting operation mode will be described.
この除霜運転モードでは、図6に示すように、空調制御装置50が三方弁12を第1圧縮機構11b吐出側とバイパスポート11gとを接続する冷媒流路に切り替え、第1電気式膨張弁15aを冷媒を絞り状態とし、第2、第3電気式膨張弁15b、15cを全閉とし、第1、第2開閉弁18a、18bを開き、さらに、第1冷却水ポンプ42aを予め定めた所定流量の冷却水を圧送するように作動させる。
In this defrosting operation mode, as shown in FIG. 6, the air-
これにより、ヒートポンプサイクル10は、図2の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。従って、除霜運転モードのヒートポンプサイクル10では、図9のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図9のa9点)が、室内凝縮器13へ流入して放熱することによって(図9のa9点→b9点)、車室内送風空気が加熱される。
Thereby, the
さらに、室内凝縮器13から流出した冷媒は、通常の暖房運転モードと同様に、第1電気式膨張弁15aにて減圧膨張され(図9のb9点→c9点)、水−冷媒熱交換器14にて加熱され(図9のc9点→d9点)、さらに、気液分離器16にて気液分離される。気液分離器16にて分離された気相冷媒は、圧縮機11の中間圧ポート11eから第2圧縮機構11cへ吸入されて(図9のa29点)、再び圧縮される。
Further, refrigerant flowing from the
この際、三方弁12が第1圧縮機構11b吐出側とバイパスポート11gとを接続する冷媒流路に切り替えられているので、中間圧ポート11eから圧縮機11の内部へ流入した冷媒と第1圧縮機構11b吐出冷媒が合流することはない。また、気液分離器16にて分離された液相冷媒は、第2電気式膨張弁15bが全閉となっているので、第1三方継手17a(室外熱交換器20)側へ流出することはない。
At this time, since the three-
一方、第1圧縮機構11bから吐出された冷媒(図9のa19点)は、バイパスポート11gを介して、バイパス通路19へ流入する。バイパス通路19へ流入した冷媒は、バイパス通路19および逆止弁19aを通過する際に減圧され(図9のa19点→a39点)、第1三方継手17aを介して、室外熱交換器20へ流入する。この際、第1三方継手17aへ流入した冷媒は、第2電気式膨張弁15bが全閉となっているので、気液分離器16側へ流出することはない。
The refrigerant discharged from the
そして、室外熱交換器20へ流入した冷媒は、室外熱交換器20にて外気へ放熱する(図9のa39点→a09点)。この際、冷媒が放熱した熱量によって、室外熱交換器20に着いた霜が融解されて取り除かれる。室外熱交換器20から流出した冷媒は、第3電気式膨張弁15cが全閉となっており、かつ、第2開閉弁18bが開いているので、通常の暖房運転モードと同様に、圧縮機11の吸入ポート11dから吸入されて再び圧縮される。
Then, refrigerant flowing into the
以上の如く、除霜運転モードでは、第1圧縮機構11bから吐出された冷媒の有する熱量によって、室外熱交換器20を除霜することができる。さらに、第2圧縮機構11cから吐出された冷媒を室内凝縮器13へ流入させるので、除霜運転中であっても、水−冷媒熱交換器14にて冷媒が吸熱した熱量、すなわちエンジン41の廃熱を利用して車室内の暖房を実現することができる。
As described above, in the defrosting operation mode, the
次に、暖機時暖房運転モード、すなわち外気のみを熱源として車室内の暖房を行う暖房運転モードについて説明する。 Next, the warming-up heating operation mode, that is, the heating operation mode in which the vehicle interior is heated using only outside air as a heat source will be described.
この暖機時暖房運転モードでは、図6に示すように、空調制御装置50が三方弁12を第1圧縮機構11b吐出側と第2圧縮機構11c吸入側とを接続する冷媒流路に切り替え、第1電気式膨張弁15aを全開とし、第2電気式膨張弁15bを絞り状態とし、第3電気式膨張弁15cを全閉とし、第1開閉弁18aを閉じ、第2開閉弁18bを開き、さらに、第1冷却水ポンプ42aを停止させる。
In this warming-up heating operation mode, as shown in FIG. 6, the air
これにより、ヒートポンプサイクル10は、図3の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。従って、暖機時暖房運転モードのヒートポンプサイクル10では、図10のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図10のa10点)が、室内凝縮器13へ流入して放熱することによって(図10のa10点→b10点)、車室内送風空気が加熱される。
Thereby, the
さらに、室内凝縮器13から流出した冷媒は、第1電気式膨張弁15aが全開状態になっているので減圧膨張されることなく、水−冷媒熱交換器14へ流入する。水−冷媒熱交換器14では、第1冷却水ポンプ42aが停止しているので、冷媒は加熱されることなく水−冷媒熱交換器14から流出する。水−冷媒熱交換器14から流出した冷媒は、気液分離器16にて気液分離される。
Further, the refrigerant flowing out of the
気液分離器16にて分離された液相冷媒(図10のf10点)は、第2電気式膨張弁15bへ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張される(図10のf10点→g10点)。なお、気液分離器16にて分離された気相冷媒は、第1開閉弁18aが閉じているので、圧縮機11の中間圧ポート11e側へ流出することはない。
Gas-
第2電気式膨張弁15bにて減圧膨張された低圧冷媒は、通常の暖房運転モードと同様に、第1三方継手17aを介して、室外熱交換器20へ流入し、外気から吸熱して蒸発する(図10のg10点→h10点)。さらに、室外熱交換器20から流出した冷媒は、第2、第3三方継手17b、17cを介して、アキュムレータ22へ流入して気液分離される。
The low-pressure refrigerant decompressed and expanded by the second
そして、アキュムレータ22にて分離された気相冷媒(図10のa010点)が、圧縮機11の吸入ポート11dから第1圧縮機構11bに吸入されて再び圧縮される。第1圧縮機構11bから吐出された冷媒(図10のa110点)は、第1開閉弁18aが閉じているので、中間圧ポート11eから流入した冷媒と合流することなく、第2圧縮機構11bへ吸入されて再び圧縮される。
Then, (a0 10 points in FIG. 10) the gas-phase refrigerant separated by the
以上の如く、暖機時暖房運転モードでは、室内凝縮器13にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量によって車室内送風空気を加熱して、車室内の暖房を行うことができる。
As described above, in the warming-up heating operation mode, the vehicle interior air can be heated by the amount of heat of the refrigerant discharged from the
この際、流量調整手段である第1冷却水ポンプ42aを停止させているので、エンジン41の暖機中に冷却水の有する熱量が冷媒に吸熱されてしまうことを抑制できる。その結果、車室内の暖房を行うことによって、エンジン41の暖機が妨げられてしまうことを抑制できる。
At this time, since the first
(b)暖機促進運転モード
暖機促進運転モードは、車室内の暖房を行うことなくエンジン41の冷却水を加熱して、エンジン41の暖機を促進する運転モードである。暖機促進運転モードでの運転は、エンジン41の作動開始時であって、操作パネルの車両用空調装置1の作動スイッチが投入されていない(OFF)状態で、冷却水の温度が基準冷却水温度以下である場合に開始され、冷却水の温度が基準冷却水温度よりも上昇すると停止される。
(B) Warm-up promotion operation mode The warm-up promotion operation mode is an operation mode that promotes warm-up of the
暖機促進運転モードでは、図6に示すように、空調制御装置50が暖機時暖房運転モードと同様に、三方弁12、第1〜第3電気式膨張弁15a〜15b、第1、第2開閉弁18a、18bを作動させるとともに、第1冷却水ポンプ42aを予め定めた所定流量の冷却水を圧送するように作動させる。これにより、ヒートポンプサイクル10は、図4の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられ、水−冷媒熱交換器14に冷却水が供給される。
In the warm-up promotion operation mode, as shown in FIG. 6, the air-
さらに、暖機促進運転モードでは、空調制御装置50が熱交換量調整手段であるエアミックスドア34によって室内凝縮器13の車室内送風空気通路を閉塞させて、送風機32から送風された車室内送風空気の全風量が室内凝縮器13を迂回するように、エアミックスドア34の開度を制御する。
Further, in the warm-up promotion operation mode, the
従って、暖機促進運転モードのヒートポンプサイクル10では、図11のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図11のa11点)が、室内凝縮器13へ流入しても車室内送風空気に放熱することなく、第1電気式膨張弁15aへ流入する。
Therefore, in the
さらに、第1電気式膨張弁15aへ流入した冷媒は、第1電気式膨張弁15aが全開となっているので、減圧膨張されることなく、水−冷媒熱交換器14へ流入する。水−冷媒熱交換器14では、第1冷却水ポンプ42aが作動しているので、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒が冷却水に放熱する(図11のa11点→d11点)。これにより、冷却水が加熱されてエンジン41の暖機が促進される。
Further, the refrigerant flowing into the first
水−冷媒熱交換器14から流出した冷媒は、気液分離器16にて気液分離される。そして、気液分離器16にて分離された液相冷媒(図11のf11点)は、暖機時暖房運転モードと同様に、第2電気式膨張弁15bにて低圧冷媒となるまで減圧膨張され(図11のf11点→g11点)、室外熱交換器20にて外気から吸熱して蒸発する(図11のg11点→h11点)。
The refrigerant flowing out of the water-
さらに、室外熱交換器20から流出した冷媒は、第2、第3三方継手17b、17cを介してアキュムレータ22へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ22にて分離された気相冷媒(図11のa011点)が、圧縮機11の吸入ポート11dから第1圧縮機構11bに吸入されて再び圧縮される。
Furthermore, the refrigerant that has flowed out of the
以上の如く、暖機促進運転モード時には、室内凝縮器13にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量を車室内送風空気に放熱させることなく、水−冷媒熱交換器14にて冷却水に放熱させることによって、エンジン41の暖機を促進することができる。
As described above, in the warm-up promotion operation mode, the water-
(c)冷房運転モードおよび除湿運転モード
冷房運転モードでの運転は、操作パネルの車両用空調装置1の作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始される。
(C) Cooling operation mode and dehumidifying operation mode Operation in the cooling operation mode is performed when the operation switch of the
この冷房運転モードでは、図6に示すように、空調制御装置50が三方弁12を第1圧縮機構11b吐出側と第2圧縮機構11c吸入側とを接続する冷媒流路に切り替え、第1、第2電気式膨張弁15a、15bを全開とし、第3電気式膨張弁15bを絞り状態とし、第1、第2開閉弁18a、18bを閉じ、さらに、第1冷却水ポンプ42aを停止させる。
In this cooling operation mode, as shown in FIG. 6, the air
これにより、ヒートポンプサイクル10は、図5の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。さらに、冷房運転モードでは、暖機促進運転モードと同様に、空調制御装置50が車室内送風空気の全風量が室内凝縮器13を迂回するように、エアミックスドア34の開度を制御する。
Thereby, the
従って、冷房運転モードのヒートポンプサイクル10では、図12のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図12のa12点)は、室内凝縮器13へ流入しても車室内送風空気に放熱することなく、第1電気式膨張弁15aにて減圧膨張されることなく、さらに、水−冷媒熱交換器14にて加熱されることなく水−冷媒熱交換器14から流出する。
Therefore, in the
水−冷媒熱交換器14から流出した冷媒は、気液分離器16へ流入する。なお、冷房運転モードでは、室内凝縮器13および水−冷媒熱交換器14にて冷媒が放熱することなく、さらに、第1電気式膨張弁15aにて冷媒が減圧されることがないので、気液分離器16へ流入する冷媒は気相冷媒となる。従って、気液分離器16は、冷媒の気液を分離する機能を果たすことなく、単なる冷媒通路としての機能する。
The refrigerant that has flowed out of the water-
また、気液分離器16へ流入した冷媒は、第1開閉弁18aが閉じているので、圧縮機11の中間圧ポート11e側へ流出することなく、第2電気式膨張弁15bおよび第1三方継手17aを介して室外熱交換器20へ流入する。この際、第2電気式膨張弁15bが全開となっているので、冷媒は減圧膨張されることなく室外熱交換器20へ流入する。
The refrigerant flowing into the gas-
室外熱交換器20へ流入した冷媒は、外気と熱交換して放熱して、そのエンタルピを低下させる(図12のa12点→h12点)。そして、室外熱交換器20から流出した冷媒は、第2開閉弁18bが閉じているので、第2三方継手17bを介して第3電気式膨張弁15cへ流入して低圧冷媒となるまで減圧膨張される(図12のh12点→i12点)。
The refrigerant that has flowed into the
第3電気式膨張弁15cから流出した冷媒は、室内蒸発器21へ流入して、送風機32によって送風された車室内送風空気から吸熱して蒸発する(図12のi12点→j12点)。これにより、車室内送風空気が冷却される。室内蒸発器21から流出した冷媒は、第3三方継手17cを介してアキュムレータ22へ流入して気液分離される。
The refrigerant that has flowed out of the third
そして、アキュムレータ22にて分離された気相冷媒(図12のa012点)が、圧縮機11の吸入ポート11dから第1圧縮機構11bに吸入されて再び圧縮される。第1圧縮機構11bから吐出された冷媒(図12のa112点)は、第1開閉弁18aが閉じているので、中間圧ポート11eから流入した冷媒と合流することなく、第2圧縮機構11bへ吸入されて再び圧縮される。
Then, (a0 12 points in FIG. 12) separated gas-phase refrigerant at the
以上の如く、冷房運転モード時には、室内蒸発器21にて低圧冷媒が車室内送風空気から吸熱して蒸発することによって、車室内送風空気が冷却されて車室内の冷房を行うことができる。
As described above, in the cooling operation mode, the low-pressure refrigerant absorbs heat from the vehicle interior blown air and evaporates in the
次に、除湿運転モードについて説明する。除湿運転モードでは、図6に示すように、空調制御装置50が冷房運転モードと同様の冷媒流路に切り替えるとともに、第1冷却水ポンプ42aを停止させる。従って、除湿運転モードのヒートポンプサイクル10では、図5の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
Next, the dehumidifying operation mode will be described. In the dehumidifying operation mode, as shown in FIG. 6, the air
さらに、冷房運転モードでは、通常の暖房運転モードと同様に、空調制御装置50がエアミックスドア34の開度を制御する。すなわち、車室内へ吹き出される空気の温度が車室内温度設定スイッチによって設定された乗員の所望の温度となるようにエアミックスドア34の開度が調整される。
Further, in the cooling operation mode, the air
従って、除湿運転モードのヒートポンプサイクル10では、図13のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図13のa13点)が、室内凝縮器13にて室内送風空気に放熱して(図13のa13点→b13点)、第1電気式膨張弁15aへ流入する。また、室外熱交換器20では、室内凝縮器13にて室内送風空気に放熱した冷媒がさらに放熱する(図13のb13点→h13点)。その他の作動は冷房運転モードと同様である。
Therefore, in the
以上の如く、除湿運転モードでは、室内蒸発器21にて低圧冷媒が車室内送風空気から吸熱して蒸発することによって、車室内送風空気が冷却されて除湿される。さらに、除湿された車室内送風空気を室内凝縮器13にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量によって再加熱することで、乗員の所望の温度まで上昇させて車室内へ吹き出す除湿運転を行うことができる。
As described above, in the dehumidifying operation mode, the low-pressure refrigerant absorbs heat from the air blown into the vehicle interior and evaporates in the
本実施形態の車両用空調装置1では、上記の如く、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替えることによって、種々の運転モードを実現することができる。さらに、除霜運転モードでは、室外熱交換器20の除霜ができるだけでなく、エンジン41の廃熱を利用して車室内の暖房を実現することができる。
In the
この際、第2圧縮機構11cから吐出された冷媒を直接、室内凝縮器13へ流入させるので、従来技術のように不必要に冷媒の圧力損失を増加させることがない。さらに、除霜運転モード時に車室内送風空気を加熱するための専用の熱交換器を設ける必要がないので、簡素な構成で、除霜運転モードにおいて効率的に車室内送風空気を加熱することができる。
At this time, the refrigerant discharged from the
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図14の全体構成図に示すように、室内凝縮器13から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部としての第4三方継手17dを追加し、分岐された一方の冷媒を第1電気式膨張弁15a側へ流出させ、分岐された他方の冷媒を第2電気式膨張弁15b側へ流出させることで、ヒートポンプサイクル10のサイクル構成を簡素化した例を説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, as shown in the overall configuration diagram of FIG. 14, a fourth three-way joint 17d as a branching portion that branches the flow of the refrigerant flowing out from the
具体的には、本実施形態では、第1実施形態に対して、水−冷媒熱交換器14の冷媒側流路14aの冷媒出口が圧縮機11の中間圧ポート11eに直接、接続されており、第4三方継手17dの他方の冷媒出口が第2電気式膨張弁15bの冷媒入口に直接、接続されている。従って、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、気液分離器16および第1開閉弁18aが廃止されている。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
Specifically, in the present embodiment, the refrigerant outlet of the refrigerant
なお、図14に示すヒートポンプサイクル10の全体構成図では、通常の暖房運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。さらに、図14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、以下の図面においても同様である。
In the overall configuration diagram of the
次に、本実施形態の車両用空調装置1の作動を、図15、16を用いて説明する。なお、図15は、本実施形態の冷媒流路切替手段の作動状態を示す図表であり、図16は、通常の暖房運転モードにおけるヒートポンプサイクル10の冷媒の状態を示すモリエル線図である。また、図15に示すように、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、暖機促進運転モードの冷媒流路は設定されていない。
Next, the operation of the
まず、通常の暖房運転モードでは、空調制御装置50が、第1実施形態と同様に、第1電気式膨張弁15aおよび冷媒流路切替手段を構成する三方弁12、第2、第3電気式膨張弁15b、15c、第1、第2開閉弁18a、18bの作動状態を図15に示すように切り替え、さらに、第1冷却水ポンプ42aを予め定めた所定流量の冷却水を圧送するように作動させる。
First, in the normal heating operation mode, the air
従って、通常の暖房運転モードのヒートポンプサイクル10では、図16のモリエル線図に示すように、第1実施形態と同様に、圧縮機11の吐出ポート11fから吐出された高圧冷媒(図16のa16点)が室内凝縮器13にて放熱して(図16のa16点→b16点)、第4三方継手17dへ流入する。
Therefore, in the
第4三方継手17dにて分岐された一方の冷媒は、第1電気式膨張弁15aへ流入して、中間圧冷媒となるまで減圧膨張され(図16のb16→c16点)、水−冷媒熱交換器14にて加熱され、そのエンタルピを上昇させる(図16のc16点→d16点)。水−冷媒熱交換器14にて加熱された冷媒は、圧縮機11の中間圧ポート11eへ流入する。
One refrigerant branched at the fourth three-way joint 17d is flows into the first
この際、第1電気式膨張弁15aの絞り開度は、中間圧ポート11eへ流入する冷媒が予め定めた所定過熱度となるように調整されることが望ましい。従って、ヒートポンプサイクル10に、中間圧ポート11eへ流入する冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段を追加してもよい。
At this time, it is desirable that the throttle opening degree of the first
そして、圧縮機11の中間圧ポート11eへ流入した冷媒は、圧縮機11の内部で第1圧縮機構11b吐出冷媒(図16のa116点)と合流して(図16のa216点)、第2圧縮機構11cへ吸入されていく。
The refrigerant flowing into the
一方、第4三方継手17dにて分岐された他方の冷媒は、第2電気式膨張弁15bへ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張され(図16のb16→g9点)、室外熱交換器20にて外気から吸熱して蒸発する(図16のg16点→h16点)。
On the other hand, the other refrigerant branched at the fourth three-way joint 17d is flows into the second
室外熱交換器20から流出した冷媒は、第1実施形態と同様に、第3三方継手17cおよびアキュムレータ22を介して、圧縮機11の吸入ポート11dから吸入されて(図16のa016点)、再び圧縮される。従って、本実施形態の通常の暖房運転モードでは、第1実施形態と同様に、室内凝縮器13にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量によって車室内送風空気が加熱されて車室内の暖房を行うことができる。
The refrigerant that has flowed out of the
この際、室内凝縮器13から流出した冷媒の流れを第4三方継手17dにて分岐して、分岐された一方の冷媒については、水−冷媒熱交換器14にて加熱した後に中間圧ポート11eから圧縮機11(具体的には、第2圧縮機構11c)へ吸入させ、他方の冷媒については、室外熱交換器20にて蒸発させることで外気から吸熱させている。
At this time, the flow of the refrigerant flowing out of the
従って、本実施形態の通常の暖房運転モードでは、第1実施形態と同様に、室外熱交換器20にて冷媒が外気から吸熱した熱量のみならず、冷却水の有する熱量、すなわちエンジン41の廃熱を利用して、車室内送風空気を効率的に加熱することができる。
Therefore, in the normal heating operation mode of the present embodiment, as in the first embodiment, not only the amount of heat that the refrigerant has absorbed from the outside air in the
次に、除霜運転モードでは、空調制御装置50が、図15に示すように、各種制御機器12、15a〜15c、18bの作動状態を第1実施形態と同様の状態に切り替え、さらに、第1冷却水ポンプ42aを予め定めた所定流量の冷却水を圧送するように作動させる。これにより、第1実施形態と同様のサイクルを構成して、同様に作動させることができる。
Next, in the defrosting operation mode, as shown in FIG. 15, the air
次に、暖機時暖房運転モードでは、空調制御装置50が、図15に示すように、第1電気式膨張弁15aを全閉状態とし、その他の各種制御機器の作動状態を第1実施形態と同様の状態に切り替えるとともに、第1冷却水ポンプ42aを停止させる。これにより、第1実施形態と同様のサイクルを構成して、同様に作動させることができる。
Next, in the warming-up heating operation mode, as shown in FIG. 15, the air
次に、冷房運転モードおよび除湿運転モードでは、空調制御装置50が、図15に示すように、第1電気式膨張弁15aを全閉状態とし、その他の各種制御機器の作動状態を第1実施形態と同様の状態に切り替えるとともに、第1冷却水ポンプ42aを停止させる。これにより、第1実施形態と同様のサイクルを構成して、同様に作動させることができる。
Next, in the cooling operation mode and the dehumidifying operation mode, as shown in FIG. 15, the air
上記の如く、本実施形態の車両用空調装置1においても、第1実施形態と同様に、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替えることによって、種々の運転モードを実現することができる。さらに、本実施形態のヒートポンプサイクル10によれば、より一層、簡素な構成で、除霜運転モードにおいても効率的に車室内送風空気を加熱することができる。
As described above, also in the
(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。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.
(1)上述の実施形態では、各種運転モードに切替可能なヒートポンプサイクル10を車両用空調装置に適用した例を説明したが、本発明のヒートポンプサイクル10は、少なくとも通常の暖房運転モードおよび除霜運転モードの切り替えが可能に構成されていれば、簡素な構成で、除霜運転モードにおいて効率的に熱交換対象流体を加熱できるという効果を得ることができる。
(1) In the above-described embodiment, an example in which the
(2)上述の実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル10をハイブリッド車両の車両用空調装置に適用した例を説明したが、もちろん、その他の車両用空調装置に適用してもよい。例えば、エンジンからの廃熱の少ないディーゼル車両等に適用して有効である。さらに、本発明の適用は車両用に限定されることなく、例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。
(2) In the above-described embodiment, the example in which the
(3)上述の実施形態では、外部熱源としてエンジン41の冷却水を採用した例を説明したが、外部熱源はこれに限定されない。例えば、ヒートポンプサイクル10を車両用空調装置に適用する場合には、外部熱源としてエンジン41から排出される排気ガスを採用してもよいし、車両に搭載されたインバータ、電動モータ等電気機器を冷却する冷却水を採用してもよい。従って、本発明は電気自動車用の冷凍サイクル装置として適用することもできる。
(3) In the above-described embodiment, the example in which the cooling water of the
(4)上述の実施形態では、圧縮機11として、第1、第2圧縮機構11b、11cを共通する電動モータにて駆動する二段昇圧式の電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機の形式はこれに限定されない。もちろん、2つの固定容量型の第1、第2圧縮機構11b、11cを、異なる電動モータにて駆動する二段昇圧式の電動圧縮機を採用してもよい。
(4) In the above-described embodiment, an example in which a two-stage booster type electric compressor that drives the first and
さらに、第1、第2圧縮機構11b、11cは同一のハウジング11aに収容されている必要はなく、2つの異なる圧縮機を直列的に配置してもよい。もちろん、三方弁12にも、圧縮機のハウジングの外部に配置されていてもよい。
Further, the first and
(5)上述の実施形態では、三方弁12、第2、第3電気式膨張弁15b、15c、第1、第2開閉弁18a、18bによって、冷媒流路切替手段を構成した例を説明したが、冷媒流路切替手段はこれに限定されない。
(5) In the above-described embodiment, the example in which the refrigerant flow switching means is configured by the three-
例えば、第1実施形態において、第3三方継手17cを廃止して、通常の暖房運転モード等では、室外熱交換器20の出口側とアキュムレータ22の入口側とを接続する冷媒流路に切り替え、冷房運転モードでは、室外熱交換器20の出口側と第3電気式膨張弁15cとを接続する冷媒流路に切り替える電気式の三方弁を採用してもよい。
For example, in the first embodiment, the third three-way joint 17c is abolished, and in a normal heating operation mode, the refrigerant flow path connecting the outlet side of the
また、上述の実施形態では、全閉機能を有する第2、第3電気式膨張弁15b、15cを採用することで、第2、第3電気式膨張弁15b、15cが冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備える例を説明したが、もちろん、第2、第3電気式膨張弁15b、15cとして全閉機能を有していない電気式膨張弁を採用し、第1、第2電気式膨張弁15a、15bの上流側あるいは下流側に開閉弁を配置してもよい。この場合は、開閉弁が冷媒流路切替手段を構成することになる。
In the above-described embodiment, the second and third
(6)上述の実施形態では、冷房運転モードおよび除湿運転モード時に高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる冷房運転モード用の減圧手段として、第3電気式膨張弁15cを採用した例を説明したが、冷房運転モード用の減圧手段はこれに限定されない。例えば、温度式膨張弁を採用してもよい。
(6) In the above-described embodiment, an example is described in which the third
温度式膨張弁としては、室内蒸発器21出口側の冷媒通路に配置された感温部を有し、冷房運転モード時に室内蒸発器21出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて室内蒸発器21出口側冷媒の過熱度を検知し、室内蒸発器21出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように機械的機構により弁開度(冷媒流量)を調整するものを採用できる。
The temperature type expansion valve has a temperature sensing part arranged in the refrigerant passage on the outlet side of the
また、冷房運転モード用の減圧手段として、冷媒を減圧する冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段としての機能を果たすエジェクタを採用してもよい。 In addition, an ejector that functions as a refrigerant depressurizing unit that depressurizes the refrigerant and functions as a refrigerant circulating unit that circulates the refrigerant by suction of the refrigerant flow ejected at high speed as the depressurizing unit for the cooling operation mode. It may be adopted.
具体的には、エジェクタは、冷媒を減圧させるノズル部、並びに、ノズル部から噴射される高速度の噴射冷媒の流れによって冷媒を吸引する冷媒吸引口および噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の冷媒通路面積を徐々に拡大して混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ部が形成されたボデー部を有して構成されるものである。 Specifically, the ejector includes a nozzle part that decompresses the refrigerant, a refrigerant suction port that sucks the refrigerant by a flow of the high-speed jet refrigerant that is jetted from the nozzle part, and a refrigerant that is a mixed refrigerant of the jet refrigerant and the suction refrigerant It has a body part formed with a diffuser part for gradually expanding the passage area and converting the kinetic energy of the mixed refrigerant into pressure energy.
このノズル部としては、絞り通路面積が固定された固定ノズル部を採用してもよいし、冷媒通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部を採用してもよい。可変ノズル部は、ノズル部の内部に配置されてノズル部の冷媒通路面積を調整するニードル弁、このニードル弁をノズル部の軸方向に変位させるステッピングモータからなる電動アクチュエータを有して構成されるものである。 As this nozzle part, a fixed nozzle part with a fixed throttle passage area may be adopted, or a variable nozzle part configured to be able to change the refrigerant passage area may be adopted. The variable nozzle portion includes a needle valve that is disposed inside the nozzle portion and adjusts the refrigerant passage area of the nozzle portion, and an electric actuator that includes a stepping motor that displaces the needle valve in the axial direction of the nozzle portion. Is.
そして、第1実施形態のヒートポンプサイクル10の冷房運転モード用の減圧手段としてエジェクタ151を適用する場合の一例として、図17の全体構成図に示すように、第3三方継手17cとエジェクタ151の冷媒流入口との間に冷媒の流れを分岐する分岐部152を配置し、分岐された一方の冷媒をエジェクタ151へ流入させる。さらに、エジェクタ151の冷媒流出口に室内蒸発器21を接続する。
And as an example in the case of applying the
一方、分岐された他方の冷媒については、固定絞り等の減圧手段153を介して第2室内蒸発器21aへ流入させ、第2室内蒸発器21aの冷媒出口をエジェクタ151の冷媒吸引口に接続すればよい。また、室内空調ユニット30においては、室内蒸発器21を第2室内蒸発器21aの空気流れ上流側に配置すればよい。なお、図17では、冷房運転モード時の冷媒の流れを示している。
On the other hand, the other branched refrigerant is caused to flow into the second
これにより、冷房運転モード時に、エジェクタ151のディフューザ部における昇圧作用によって、室内蒸発器21の冷媒蒸発温度を第2室内蒸発器21aの冷媒蒸発温度よりも上昇させることができる。従って、室内蒸発器21および第2室内蒸発器21aの冷媒蒸発温度と車室内送風空気との温度差を確保して、車室内送風空気を効率的に冷却することができる。
Thereby, the refrigerant | coolant evaporation temperature of the
さらに、ディフューザ部における昇圧作用により圧縮機11の吸入圧を上昇させて、圧縮機11の駆動動力を低減できるので、冷房運転モードおよび除湿運転モードにおけるCOPを向上させることができる。もちろん、第2実施形態のヒートポンプサイクル10の冷房用減圧手段として、エジェクタを採用してもよい。
Furthermore, since the suction pressure of the
(7)上述の実施形態では、水−冷媒熱交換器14へ流入させる冷却水の流量を調整する流量調整手段として第1冷却水ポンプ42aを採用した例を説明したが、流量調整手段はこれに限定されない。例えば、水−冷媒熱交換器14の冷却水側流路14bへ流入する冷却水流量を調整する流量調整弁等を採用してもよい。
(7) In the above-described embodiment, the example in which the first
(8)上述の実施形態では、室内凝縮器13における第2圧縮機構11c吐出冷媒と車室内送風空気との熱交換量を調整する熱交換量調整手段としてエアミックスドア34を採用した例を説明したが、熱交換量調整手段はこれに限定されない。例えば、室内凝縮器13の熱交換コア面の空気通路面積を変化させるスライド式のドア等を採用してもよい。
(8) In the above-described embodiment, an example is described in which the
(9)上述の実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル10が、圧縮機11吐出冷媒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いてもよい。
(9) In the above-described embodiment, an example in which a normal chlorofluorocarbon refrigerant is employed as the refrigerant has been described, but the type of refrigerant is not limited to this. Natural refrigerants such as carbon dioxide, hydrocarbon refrigerants, and the like may be employed. Furthermore, the
11b 第1圧縮機構
11c 第2圧縮機構
12 三方弁
13 室内凝縮器
17a〜17d 第1〜第4三方継手
14 水−冷媒熱交換器
15a〜15c 第1〜第3電気式膨張弁
16 気液分離器
18a、18b 第1、第2開閉弁
20 室外熱交換器
21 室内蒸発器
34 エアミックスドア
41 エンジン
42a 第1冷却水ポンプ42a
11b
Claims (5)
前記第2圧縮機構(11c)から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる利用側熱交換器(13)と、
前記利用側熱交換器(13)から流出した冷媒を減圧させる第1減圧手段(15a)と、
外部熱源の有する熱量によって前記第1減圧手段(15a)にて減圧された冷媒を加熱する加熱手段(14)と、
前記加熱手段(14)から流出した冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記第2圧縮機構(11c)吸入側へ流出させる気液分離器(16)と、
前記気液分離器(16)にて分離された液相冷媒を減圧させる第2減圧手段(15b)と、
冷媒と外気とを熱交換させて前記第1圧縮機構(11b)吸入側へ流出させる室外熱交換器(20)と、
前記熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒流路、および、前記室外熱交換器(20)に着いた霜を融解させる除霜運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段(12…18a)を備え、
前記冷媒流路切替手段(12…18a)は、
前記加熱運転モード時に、前記第1圧縮機構(11b)から吐出された冷媒を前記第2圧縮機構(11c)へ吸入させるとともに、前記第2減圧手段(15b)にて減圧された冷媒を前記室外熱交換器(20)へ流入させる冷媒流路に切り替え、
前記除霜運転モード時に、前記第1圧縮機構(11b)から吐出された冷媒を前記室外熱交換器(20)へ流入させる冷媒流路に切り替えることを特徴とするヒートポンプサイクル。 First and second compression mechanisms (11b, 11c) for compressing and discharging the refrigerant;
A use side heat exchanger (13) for exchanging heat between the refrigerant discharged from the second compression mechanism (11c) and the heat exchange target fluid;
First decompression means (15a) for decompressing the refrigerant that has flowed out of the use side heat exchanger (13);
Heating means (14) for heating the refrigerant decompressed by the first decompression means (15a) by the amount of heat of the external heat source;
A gas-liquid separator (16) that separates the gas-liquid refrigerant flowing out from the heating means (14) and causes the separated gas-phase refrigerant to flow out to the suction side of the second compression mechanism (11c);
Second decompression means (15b) for decompressing the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator (16);
An outdoor heat exchanger (20) for exchanging heat between the refrigerant and the outside air to flow out to the suction side of the first compression mechanism (11b);
Refrigerant flow path switching means (12) for switching a refrigerant flow path in a heating operation mode for heating the heat exchange target fluid and a refrigerant flow path in a defrost operation mode for melting frost attached to the outdoor heat exchanger (20). ... with 18a)
The refrigerant flow switching means (12... 18a)
During the heating operation mode, the refrigerant discharged from the first compression mechanism (11b) is sucked into the second compression mechanism (11c), and the refrigerant depressurized by the second decompression means (15b) is Switch to the refrigerant flow path to flow into the heat exchanger (20),
The heat pump cycle characterized by switching to the refrigerant flow path into which the refrigerant discharged from the 1st compression mechanism (11b) flows into the outdoor heat exchanger (20) at the time of the defrosting operation mode.
前記熱交換対象流体は、車室内に送風される車室内送風空気であり、
前記外部熱源は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関(41)を冷却する冷却水であることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートポンプサイクル。 A heat pump cycle applied to a vehicle air conditioner,
The heat exchange target fluid is vehicle interior air blown into the vehicle interior,
3. The heat pump cycle according to claim 1, wherein the external heat source is cooling water that cools the internal combustion engine (41) that outputs a driving force for traveling the vehicle. 4.
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